基于偏振低相干的光纤法珀传感器解调系统研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hhl20020922
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
光纤法珀传感器具有易于复用、抗电磁干扰、重量轻、能够在极端环境下工作等优点得到了广泛的发展。在燃气轮机监测、石油勘测领域中,高温、高腐蚀等极端环境下压力、温度等参数的测量对监控发动机的工作状态、指导石油勘测具有重要意义,在上述领域中,光纤法珀传感器相比于电学传感器具有极大优势。光纤法珀传感器的解调方式有多种,包含强度解调法、光谱解调法、相位载波法,但上述解调方法无法满足兼顾量程、速度、动静解调能力的解调需求。针对上述问题,本文采用低相干干涉法解决了大量程、动静态参量的同时测量的问题;解调模块中测量干涉仪采用偏振干涉仪方式搭建,避免了采用斐索干涉仪搭建时光楔加工难度大、生成信号信噪比低的问题;针对晶体引入色散造成传统解调方法解调结果错误的问题,提出了一种改进的条纹中心算法实现光纤法珀传感器的正确解调;针对解调速度慢的问题,本文基于DSP和FPGA设计了采集、传输与处理系统,为实时解调提供了硬件平台。最终对设计的解调系统进行了分辨力、线性度、稳定性和重复性的性能测试实验。本文中的主要工作如下:首先,建立斐索干涉仪和偏振干涉仪的理论模型,对上述两种干涉仪的优缺点进行对比,基于系统生成干涉条纹对比度和干涉仪加工难度方面的考虑选择了双折射晶体光楔的偏振干涉仪解调方案。在此基础上,进行了系统中光源、光纤、双折射晶体光楔、相机等器件的选型,搭建了完整的光纤法珀传感器解调系统。其次,本文基于偏振干涉仪的理论模型,研究了晶体色散对低相干干涉条纹的影响,主要包括干涉条纹相对于包络曲线的移动,零相位点与包络曲线中心位置不再重合,继而造成传统解调方法的失效。针对上述问题,本文以理论模型为基础,提出了一种改进的条纹中心算法,利用干涉条纹包络曲线中心位置和2mπ相位点位置的线性关系,实现了低相干干涉条纹信号的解调,并验证了算法在引入色散后的解调系统中的有效性。之后,针对解调系统中数据量和计算量大的特点,本文基于DSP和FPGA搭建了数据的采集、传输与处理系统。系统采用FPGA、Camera Link相机和视频采集卡实现了低相干干涉条纹的采集;采用PCIe协议实现数据的高速传输;采用TMSC6657双核DSP实现数据的高速处理,并将解调结果发送至FPGA端以模拟量形式进行输出。最后,对设计的光纤法珀传感器的解调系统进行了分辨力、误差、重复性、稳定性及动态响应等方面的性能测试实验,其中解调系统能够分辨4nm位移,最大误差占全量程的0.63%,解调重复性为0.14%,30min稳定性为0.55%,2min稳定性为0.083%,能够跟随900Hz的频率变化。本文的工作解决了现有光纤法珀传感器解调系统无法同时兼顾测量范围、解调速度、动静态参量同时测量的问题,有利于光纤法珀传感器更大范围的应用。
其他文献
随着我国科技进步,互联网逐渐占领了我们的日常生活,由于互联网环境复杂,侵权形式多样。导致我们国家在数字音乐版权保护方面存在诸多障碍,侵权行为日益猖獗的现在我们的保护意识应放至前线,明确一些基本理念。尽管数字音乐发展使得我们获取音乐的途径更加便捷,但是不能不将焦点亦着眼于音乐本身的保护。因此本文主要关注对数字音乐作品的著作权保护,据此分析在互联网的环境下我国数字音乐作品如何才能健康的发展,旨在使著作
近年来,伴随计算能力的提高以及通讯、电气、机械和控制等技术领域的迅猛发展,关于机器人“自主”、“智能”的需求愈加迫切,尤其是复杂环境中机器人的自主行为成为关注的焦
我国从21世纪初在中小学开展信息技术课程教学,到如今已有十多年时间。经过这些年的发展,信息技术课程教学目的从单一的竞赛性,发展到现在的普及性。机器人课程作为信息技术
目的:近年来,随着腺样体肥大在儿童中的发病率增加,患儿良好的身心健康水平和美满的生活质量也受到了严重影响,也导致了家长的焦虑,带来较大的家庭负担。本研究通过对比两组患儿治疗前后主要症状和次要症状、腺样体肥大程度的积分变化,评价加味温胆汤治疗儿童腺样体肥大痰热瘀结证的有效性,并浅探其理论基础及药理,同时为中医药辨证论治儿童腺样体肥大提供依据,丰富治疗儿童腺样体肥大的理论及方法。方法:选取2019年3
随着人寿保险市场承保量急剧增加,保险企业提升客户满意度、优化公司内部管理流程的需求也越来越大。理赔是寿险企业经营管理的重要环节,理赔环节的时效性与客户满意度已折射出保险企业服务水平的高低,因此,对理赔流程进行优化成为寿险公司提高服务质量和竞争力的重要环节,是一个值得各保险公司重点研究的课题。ZGRS保险湖南分公司自成立至今,在保费收入快速增长的同时,公司在理赔方面的问题也越来越明显,客户满意度有待
根据相关资料显示,我国人口老龄化水平逐渐提高,仅二十年的时间,我国65岁及以上的老年人口占总人口的比重就从1998年的6.7%提高到2018年的11.8%,增加了5.1个百分点。我国人口老龄化水平发展速度如此快的原因有二:一是我国自上世纪八十年代实行严格的计划生育国策,导致人口生育率下降;二是我国自实行改革开放之后,经济得到了迅速的发展,民众的生活质量得到了很大的改善以及医学科技的进步使得人口死亡
隧道是一个相对封闭的区域,正常运营时,通风系统负责稀释隧道内污染物,保证空气质量;发生火灾时,控制烟气流动,为救援提供有利环境条件。因此,通风系统在隧道工程中有着重要地位,具有较高的研究价值。目前地下隧道大多采用变截面等静压通风方式,对于地下大型隧道通风系统来说,通风系统各断面是否处于同一高度对通风特性有重要影响,由于通风系统断面尺寸较大,变截面通风系统安装工作量大且很难保证各断面中心处于同一高度
个人所得税作为我国的主要税种之一,在为政府增加财政收入以及调节居民收入分配等方面发挥着不可忽视的重要作用。然而,近年来我国在经济飞速发展的同时,居民收入分配差距明显过大的现实,说明个人所得税的税制存在严重问题。而费用扣除标准是个人所得税税制要素的重要组成部分,其构成要素和水平设计等是否合理,会对民众可支配收入乃至生活水平产生重大影响。如果个人所得税费用扣除标准制定不合理,缺乏公平性和适度性,便难以
随着互联网的飞速发展,新兴的社交网络平台微博逐渐渗透到人们社会生活的方方面面。微博文本信息通常包含发布人强烈的主观态度和个人情感倾向,且在短时间内可以汇聚大量的微
随着足球运动在世界范围内的风靡,职业足球联赛经过多年的蓬勃发展,逐渐形成了以欧洲五大联赛为代表的足球产业链,进一步地带动了世界范围内各国足球产业的发展。现如今,足球不仅仅是一项运动,其背后更是蕴藏着非常巨大的经济效益。而球员的身价一直都是球迷热议的话题,足球运动员无疑是职业足球俱乐部最为重要的投资,足球俱乐部中的明星球员不仅可以凭借其个人出色的球技为俱乐部赢得比赛的胜利,而且还可以通过其人气和影响