基于光谱的光纤法珀压力传感解调方法研究

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膜片式光纤法珀压力传感器能够直接将压力调制在法珀腔长上,灵敏度高,在石化和航空等领域有广泛的应用。为获取微小的法珀腔长变化,目前已提出多种解调方法,其中基于光谱的相位解调方法得到较多关注。本文利用半导体光放大器(SOA)和可调谐光纤F-P滤波器构建了光纤法珀压力传感器光谱解调实验系统并对光谱解调法开展了研究,该方法容易实现多路法珀传感器复用,且易和光纤光栅传感技术结合,论文中重点研究了峰值波长检测误差、干涉级次跳动的影响等问题。本文主要进行了以下工作的研究:1、运用多光束干涉理论分析单法珀腔、复合式法珀腔输出光谱的特性,研究光谱解调算法中单峰值法、双峰值法以及多峰值法及各方法解调精度影响因素。2、进行光纤法珀压力传感的解调实验系统设计,采用SOA和可调谐光纤F-P滤波器构建环形可调谐激光器,分析了其工作过程及主要器件的设计选型。利用光纤F-P标准具实现了波长同步校正。利用高精度数据采集卡以及Labview软件编程实现了数据采集处理和友好的人机交互界面设计。3、进行了光谱解调算法的研究,仿真研究了多种光谱峰值检测算法并优选出多项式拟合算法。针对腔长计算方法,在分析干涉级次引起误差的基础上提出了一种基于干涉级次拟合的新算法,利用仿真数据验证了该算法的有效性。研究了具有复合式法珀腔的光纤压力传感器的反射光谱特性,提出利用复合腔光谱的包络提取实现传感法珀腔腔长的解调。4、利用光谱解调实验系统进行了系统性能和光谱解调算法的验证研究。实验系统中,光源输出光谱范围为1535-1590nm,系统在扫描频率为10Hz以下时能获得较好的传感器信号。利用实验系统对实验室自制的单法珀腔传感器以及复合式法珀腔传感器的压力传感特性进行了实验研究分析,实验结果显示干涉级次拟合算法能有效改进解调结果的线性度,单法珀腔传感器灵敏度为6.11nm/kPa,复合式法珀腔传感器灵敏度19.664nm/kPa。
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