基于周期性無源鋸齒波濾波器的應(yīng)力傳感系統(tǒng)的研究.pdf

1、近年來，光纖光柵已成為新型光器件領(lǐng)域的研究熱點之一，它在光通信和光纖傳感領(lǐng)域極具發(fā)展前景。波長解調(diào)技術(shù)是光纖光柵應(yīng)用于傳感系統(tǒng)的最關(guān)鍵環(huán)節(jié)，高精度低成本的快速波長解調(diào)方案將會在很大程度上推進光纖光柵傳感系統(tǒng)的商業(yè)化進程。本文研究的目的是設(shè)計和驗證一種無源的、大動態(tài)檢測范圍、高靈敏度、低成本的高性能新型濾波方案。
　　文章以大型工程損傷的動態(tài)監(jiān)測需求和波長檢測中解調(diào)精度的基本概念為出發(fā)點，深入研究了幾種相對具有速度優(yōu)勢的邊緣濾波解調(diào)

2、方案，在此基礎(chǔ)上提出和驗證了一種基于虛像相位陣列的鋸齒波光譜濾波器，并在光纖光柵傳感系統(tǒng)中實現(xiàn)了波長解調(diào)功能。本論文的主要工作如下:
　　1)研究了光纖光柵在檢測大型工程損傷中的低頻動態(tài)響應(yīng)特性、波長檢測中解調(diào)精度對采樣率的要求以及超高速波長檢測基礎(chǔ)的發(fā)展狀況。研究了幾種邊緣濾波解調(diào)方案的工作原理并比較評價了其優(yōu)缺點。強調(diào)了應(yīng)用中對高速高精度低成本波長解調(diào)方案的迫切需求。
　　2)研究了虛像相位陣列的光譜色散定律，利用其高分

3、辨率特性設(shè)計了一種基于虛像相位陣列的周期性無源鋸齒波光譜濾波器，并結(jié)合此種濾波器的性能特點探討了其在光纖傳感、密集波分系統(tǒng)的波長檢測及產(chǎn)生高速鋸齒波信號三個方面的應(yīng)用前景。
　　3)對鋸齒波光譜濾波器進行了深入的理論分析，在此基礎(chǔ)上建立了數(shù)據(jù)仿真模型，利用Matlab仿真軟件由線性度、信噪比、占空比三個性能指標對鋸齒波光譜濾波器的波長解調(diào)性能進行了仿真與優(yōu)化，并考慮實際應(yīng)用中因外界環(huán)境的微小擾動引起的光強掩膜板位置和入射角度的微小

4、變化對系統(tǒng)性能的影響。研究對比了反射式和透射式工作方式下鋸齒波濾波器的損耗情況，依據(jù)參數(shù)優(yōu)化結(jié)果設(shè)計并搭建了透射式工作方式下的鋸齒波光譜濾波器實驗裝置，完成實驗獲得了附加損耗小于6dB的鋸齒波光譜濾波器，此濾波器具有周期為2.4nm、動態(tài)測量范圍為30nm、占空比超過85％、的周期性鋸齒形響應(yīng)函數(shù)。
　　4)利用經(jīng)實驗測試的鋸齒波光譜濾波器作為波長解調(diào)設(shè)備，設(shè)計了光纖光柵傳感系統(tǒng)實驗，利用光譜儀測得的波長漂移與示波器測得的光功率變