光纖法珀傳感器波長(zhǎng)解調(diào)及復(fù)用技術(shù)研究.pdf

1、基于白光干涉的非本征法布里珀羅干涉(EFPI)傳感器，具有低頻噪聲低、可同時(shí)進(jìn)行多參量傳感、可實(shí)現(xiàn)絕對(duì)腔長(zhǎng)測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，引起了廣泛的關(guān)注。傳統(tǒng)的白光干涉解調(diào)方法，要求波長(zhǎng)采樣率足夠高，且只能實(shí)現(xiàn)靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)信號(hào)探測(cè)。本文研究的基于參數(shù)估計(jì)的兩種波長(zhǎng)解調(diào)法，可以在波長(zhǎng)采用率較低的情況下實(shí)現(xiàn)高精度絕對(duì)腔長(zhǎng)測(cè)量。利用低波長(zhǎng)采樣率、高掃描速率的光纖布拉格光柵分析儀和EFPI傳感器，進(jìn)行了液位、位移等準(zhǔn)靜態(tài)信號(hào)和動(dòng)態(tài)聲信號(hào)測(cè)量。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了基于參數(shù)估

2、計(jì)的變采樣長(zhǎng)度傅里葉變換法和互相關(guān)解調(diào)法，在實(shí)現(xiàn)低波長(zhǎng)采樣條件下的高精度絕對(duì)腔長(zhǎng)測(cè)量的有效性。研究了時(shí)分與頻分混合復(fù)用方法，可以有效提高系統(tǒng)復(fù)用能力。搭建了基于膜片式EFPI傳感器的四基元時(shí)分頻分混合復(fù)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高精度、低噪聲的動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)量。
　　本論文的主要研究成果和創(chuàng)新包括：
　?。?）對(duì)影響 EFPI傳感器腔長(zhǎng)解調(diào)的因素進(jìn)行了詳細(xì)的分析和分類，從光源和光譜探測(cè)兩個(gè)方面對(duì)誤差源進(jìn)行定位。提出利用希爾伯特變換法和非線性

3、能量算子實(shí)現(xiàn)光譜的去包絡(luò)處理。通過(guò)改進(jìn)窗函數(shù)的方法來(lái)提高系統(tǒng)的解調(diào)精度。
　?。?）詳細(xì)分析和推導(dǎo)了傅里葉變換法及互相關(guān)解調(diào)法的基礎(chǔ)理論并進(jìn)行了對(duì)比。通過(guò)仿真及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法，對(duì)兩種解調(diào)方法進(jìn)行了深入的研究。提出了基于變采樣長(zhǎng)度的傅立葉變換法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相比快速傅里葉變換算法，變采樣長(zhǎng)度傅里葉變換法的解調(diào)精度提高了70倍。在去除光譜包絡(luò)的前提下，使用互相關(guān)解調(diào)法實(shí)現(xiàn)了~36.7pm的腔長(zhǎng)解調(diào)精度。動(dòng)態(tài)解調(diào)的結(jié)果表明，在小于40

4、0Hz的頻帶范圍內(nèi)，噪聲功率譜較為平坦，其值約為-60dB re. nm/√Hz。
　　（3）提出并搭建了光纖白光干涉 EFPI時(shí)分頻分混合復(fù)用系統(tǒng)。通過(guò)半導(dǎo)體光放大器實(shí)現(xiàn)了對(duì)光源的脈沖調(diào)制及光放大。在此基礎(chǔ)上對(duì)頻分復(fù)用串?dāng)_的原因進(jìn)行分析，提出使用 Kaiser窗進(jìn)行串?dāng)_抑制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法可以將系統(tǒng)的串?dāng)_從-37dB抑制到-48dB。
　?。?）通過(guò)液位測(cè)量的方法對(duì)傳感器的靈敏度進(jìn)行了標(biāo)定，測(cè)試得到 EFPI傳感器的