光纤F-P压力传感解调中的频率漂移补偿和距离拓展研究

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光纤F-P传感技术由于其体积小、质量轻、抗电磁干扰、灵敏度和可靠性高等优点,在航空航天、石油化工以及民用基础设施等安全监测领域有很好的应用前景,其关键环节之一是光纤F-P腔长解调。低相干干涉解调法能克服2?模糊的问题,从而实现宽量程测量,成为光纤F-P腔长解调的主要方法之一。但是目前低相干干涉解调法仍存在诸多问题,系统的非理想性造成光程差的非线性分布和中心频率漂移,影响解调精度甚至造成解调失败;选用LED作为光源,光强过弱难以实现长距离传感解调等。本文针对低相干干涉解调技术遇见的问题,着重进行系统的非理想性分析和传感距离拓展,研究中心频率漂移并结合恢复单色频率绝对相位解调法进行算法补偿;针对白光LED光源对于传感距离的限制,选用具有较高光功率的SLED作为光源,引入双SLED光源的方法解决导致干涉条纹包络变化平缓,不易识别峰值的问题,进行了解调系统结构的优化,对双SLED光源对干涉条纹的影响做仿真研究,提出双阈值的任意极值法进行解调并进行了长距离光纤压力传感实验。本文主要内容如下:1)对解调模块中光的非垂直入射现象展开公式推导和仿真分析,着重研究光的非垂直入射对于线阵CCD上光程差的非线性分布的影响,研究中心频率漂移现象的起因、影响和补偿,最终结合恢复单色频率绝对相位解调法提出了中心频率漂移的补偿算法,成功消除了干涉级次跳变的问题,提高了解调精度;2)选用SLED光源代替LED进行长距离压力传感解调,引入双光源法对低相干干涉条纹形态进行优化,搭建了双SLED光源的长距离光纤F-P压力传感解调系统并进行了解调模块结构优化,缩小了解调模块体积;3)分析研究双SLED光源功率对干涉条纹形态影响,确定最佳光源功率比并计算解调需要的最低信噪比,搭建了功率衰减数学模型计算最大传感距离并进行光源功率衰减差异的补偿;4)开发双SLED光源系统解调算法,提出了双阈值的任意极值法进行解调并进行长距离光纤压力传感实验,实验证明在有效传输距离内能实现较好解调。
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