基于混沌激光的弱反射光纖光柵傳感及解調(diào)實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、光纖傳感因其具有良好的傳輸和傳感特性，廣泛應(yīng)用于電力工業(yè)、航空航天、化工環(huán)境、生物醫(yī)學(xué)、智能結(jié)構(gòu)、軍事等領(lǐng)域?；诤笙蛏⑸涞姆植际焦饫w傳感系統(tǒng)具有安裝簡單、趨勢態(tài)監(jiān)測方便等優(yōu)勢；以光纖光柵為傳感元的準(zhǔn)分布式光纖傳感系統(tǒng)具有單點(diǎn)測量精準(zhǔn)、易于組網(wǎng)、價(jià)格低等優(yōu)勢在工業(yè)檢測系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。對(duì)比分布式光纖傳感系統(tǒng)，準(zhǔn)分布式光纖傳感系統(tǒng)具有更高的分辨率和信噪比，在光纖傳感實(shí)際應(yīng)用中具有更高的價(jià)值，但是光纖光柵傳感系統(tǒng)的復(fù)用能力、分辨率和

2、解調(diào)難度一直限制著光纖光柵的集成化網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。
　　為了提高準(zhǔn)分布式光纖光柵傳感系統(tǒng)中復(fù)用能力和傳感元的空間分辨率，本文利用混沌激光高帶寬、時(shí)域類噪聲、相關(guān)曲線類delta等特性，提出了一種基于混沌光纖激光和全同弱反射光柵的高精度準(zhǔn)分布式光纖傳感系統(tǒng)方案，并在此基礎(chǔ)上提出了一種新的光柵傳感信息解調(diào)方法。采用這種新的傳感系統(tǒng)和解調(diào)方案，在降低成本和解調(diào)難度的同時(shí)，傳感系統(tǒng)的精度和復(fù)用能力獲得同步的提高。
　　本論文主要完成的工作

3、如下：
　　(1)在簡單介紹光纖傳感系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)上，綜述光纖傳感類型和研究現(xiàn)狀。基于光纖光柵耦合模理論，介紹光纖光柵傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域，分析了當(dāng)前光柵傳感系統(tǒng)中光柵復(fù)用方案和解調(diào)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀以及存在的問題。
　　(2)針對(duì)目前傳感系統(tǒng)中存在的傳感精度和復(fù)用能力不高、解調(diào)成本高的問題，在介紹混沌光纖激光的產(chǎn)生和發(fā)展，在保密通信、激光測距等方面應(yīng)用的基礎(chǔ)上，提出混沌激光實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分布式光纖布拉格光柵傳感方案。根據(jù)該傳感系統(tǒng)的特

4、點(diǎn)，重點(diǎn)推導(dǎo)了光纖傳感方案中提高系統(tǒng)復(fù)用能力和精度的原理，使用MATLAB軟件對(duì)系統(tǒng)的復(fù)用能力和解調(diào)方法進(jìn)行了模擬研究，當(dāng)光柵的反射率為0.001％，復(fù)用能力可以達(dá)到700，模擬的結(jié)果和理論推導(dǎo)結(jié)論吻合，證明了該傳感系統(tǒng)可行。
　　(3)實(shí)驗(yàn)搭建了基于混沌激光實(shí)現(xiàn)弱反射光纖光柵應(yīng)變傳感系統(tǒng)，并進(jìn)行了單光柵應(yīng)變的實(shí)驗(yàn)研究。在該方案中，環(huán)形腔光纖激光器產(chǎn)生的混沌光纖激光被耦合器分成90:10兩部分，10%的光被光電探測器接收作為參考光

5、信號(hào)，90%的光經(jīng)光纖環(huán)形器進(jìn)入光纖光柵，光柵反射回來的信號(hào)光由光電探測器接收，通過對(duì)兩路信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，光柵的應(yīng)變信息和精確定位可以通過互相關(guān)峰的幅值和時(shí)延同步獲得，實(shí)驗(yàn)過程操作簡單，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)變測量精度為12 u?，應(yīng)變靈敏度為1.21 pm/u?。
　　(4)實(shí)驗(yàn)搭建了由多個(gè)全同弱反射光纖柵組成的光柵串傳感實(shí)驗(yàn)裝置，光柵串上刻錄著5個(gè)間隔為10cm、反射率為10%的光纖光柵，對(duì)應(yīng)變信息進(jìn)行多點(diǎn)同步測量。在時(shí)域上采集一次參考