基于模间干涉的振动光纤传感器研究

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本文研究的是基于模间干涉的振动光纤传感器。相对于传统振动传感器,此传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、几何形状可塑、频率测量范围大、检测区域广、抗电磁干扰能力强、抗腐蚀性强等一系列优点。因此在一些应用领域具有无可比拟的优越性,如大型工程结构、大型发电机组和安防边界的振动监测。根据经典电磁波理论,光在光纤中传播时具有不同的模式,每个模式有不同的光强分布形态,如果入射的是相干光则不同模式间会相互叠加形成干涉散斑。当光纤受到振动扰动时,不同的模式受到扰动效果不一样,模间干涉就会重组,虽然所有散斑的总强度不变,但是对于某一个小区域内的散斑强度就会变化,其变化频率和引起光纤振动的频率是一致的,在小扰动模型下其幅度也是成线性关系。在文中对此原理进行了详细的分析并建立了数学模型进行仿真,得到了一致的结果。本文设计的模间干涉振动光纤传感器中,采用了一根单模光纤直接连接到多模光纤末端来截取干涉散斑,这样系统中探测和传输都是使用光纤,整个系统实现了远距离探测,并且降低了成本,简化了系统设计。在信号处理部分采用了虚拟仪器技术,使用Labview语言设计制作了振动信号的时域和频域实时分析处理工具。针对振动光纤传感器的不同应用领域,设计了一组实验对系统性能进行测试,并给出了振动测试的实验结果。
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