航空光纖壓力偏振低相干干涉解調(diào)的理論與方法研究

1、航空光纖壓力偏振低相干干涉解調(diào)的理論與方法研究航空光纖壓力偏振低相干干涉解調(diào)的理論與方法研究ResearchonDemodulationTheyAlgithmofOpticalFiberPressureSensingBasedonPolarizedLowcoherenceInterferometryfAviationApplication一級學(xué)科：光學(xué)工程學(xué)科專業(yè)：光學(xué)工程作者姓名：王雙指導(dǎo)教師：劉鐵根教授天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)

2、院二零一四年六月萬方數(shù)據(jù)中文摘要中文摘要光纖法珀壓力傳感器具有體積小、重量輕、測量靈敏度高、抗電磁干擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，將光纖法珀壓力傳感器與低相干干涉解調(diào)技術(shù)相結(jié)合，非常適用于航空高精度壓力傳感領(lǐng)域。本文首先針對航空陣列型大氣壓力傳感對解調(diào)速度的要求，提出一種具有較高精度的快速解調(diào)方法，其次研究了解調(diào)系統(tǒng)位置相關(guān)色散對干涉圖樣和相位信息的影響，在此基礎(chǔ)上，分別利用空間域和空間頻率域的信息，提出兩種基于色散補(bǔ)償?shù)母呔冉庹{(diào)方法，并進(jìn)行了

3、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，獲得了高效、穩(wěn)定的解調(diào)性能。本文的主要工作如下：1、針對航空陣列型大氣壓力傳感對解調(diào)速度的要求，研究了用于陣列型光纖壓力傳感的快速偏振低相干干涉解調(diào)方法，該方法與使用經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的傳統(tǒng)空間頻域分析法相比，解調(diào)精度相當(dāng)，但運(yùn)算速度提高10倍，能夠滿足多通道傳感解調(diào)和嵌入式系統(tǒng)計(jì)算的要求。2、對解調(diào)系統(tǒng)中位置相關(guān)色散對干涉圖樣的影響進(jìn)行研究，建立了位置相關(guān)色散在空間域中的理論模型，在此基礎(chǔ)上提出了一種基于干涉圖樣的色散補(bǔ)償解調(diào)方法，通

4、過綜合利用位置相關(guān)色散特性和包絡(luò)峰值信息實(shí)現(xiàn)了低相干干涉信號解調(diào)，其解調(diào)精度比傳統(tǒng)的包絡(luò)峰值法提高近17倍。該方法具有解調(diào)原理簡單、解調(diào)精度高的優(yōu)點(diǎn)，但計(jì)算量相對較大。3、對解調(diào)系統(tǒng)中位置相關(guān)色散對相位信息的影響進(jìn)行研究，建立了位置相關(guān)色散在空間頻域中的理論模型，提出了一種基于空間頻域非線性效應(yīng)的色散補(bǔ)償解調(diào)方法，能夠有效避免傳統(tǒng)空間頻域分析法由位置相關(guān)色散影響導(dǎo)致的階躍誤差，其解調(diào)精度比傳統(tǒng)的包絡(luò)峰值法提高了13倍。該方法具有適用于任

5、意譜形寬帶光源的優(yōu)點(diǎn)，計(jì)算量比基于干涉圖樣的色散補(bǔ)償法減少一半。4、實(shí)驗(yàn)研究了信噪比和溫度對解調(diào)系統(tǒng)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明系統(tǒng)解調(diào)精度在信噪比17.5dB處變化趨勢發(fā)生顯著改變，信噪比高于該值時(shí)解調(diào)精度保持較高水平，反之系統(tǒng)解調(diào)精度則迅速惡化，系統(tǒng)分辨率隨信噪比升高而增強(qiáng)；解調(diào)得到的法珀腔長隨解調(diào)系統(tǒng)所處環(huán)境溫度升高而增大，其偏移量與溫度和初始腔長有關(guān)，解調(diào)系統(tǒng)溫度響應(yīng)系數(shù)在0.461~1.919nm℃范圍內(nèi)。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：光纖法珀