【摘 要】
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光纤法珀传感器是一种以光纤为传输媒介、以光波长为标尺的全光式传感器,能够实现非接触测量并且具有很高的测量精度,因而在微位移、微振动检测中具有广泛的应用前景。当前,强度
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光纤法珀传感器是一种以光纤为传输媒介、以光波长为标尺的全光式传感器,能够实现非接触测量并且具有很高的测量精度,因而在微位移、微振动检测中具有广泛的应用前景。当前,强度解调与相位解调是使用最多的解调方法。非扫描式相关解调法属于相位解调的一种,由于其能够实现非扫描式解调,简化了系统、提高了精度,被广泛采用。但其在应用上多限于低速动态检测,即解调速度不高,不能满足多点测量和高速动态测量的应用领域。现阶段通过复用技术能够实现其多点测量,但仍然存在单点检测速度低、成本高的困境,局限了其应用范围。为此本文提出了利用非扫描式相关解调法的多通道高速解调仪器系统,既实现了多点测量又降低了成本,并且提高了解调速度,使其能够应用于高速微位移和微振动的测量场合,拓宽了其应用范围。本文首先系统地阐述了光纤法珀传感器的基本原理,从信号的相关性理论出发,推导了非扫描式相关解调的理论过程,建立了非扫描式相关解调的理论模型并结合仿真结果对系统参数进行了选择和优化。并在此基础上提出了多通道设计方案和提高解调速度的实现方法,通过采用斐索干涉仪和高性能线阵CCD现实了法珀的解调。通过采用对称光路来提高系统光能量的利用率和改善硬件电路的信噪比来提高系统的解调速度。其次,对该多通道高速解调系统进行系统设计,主要分为光学部分和硬件电路部分。光学部分主要是解调光路的设计与模块加工。硬件电路部分主要包括主控模块设计与单通道解调模块设计。最后,对制作的系统样机进行了标定、系统稳定性测试以及相关微位移、微振动测试实验。结果表明,系统的分辨率为4.7nm,稳定性达到±4.7nm,解调速度达到5KHZ。该系统提高了光纤法珀传感器的解调速度,拓宽了其在高速微位移、微振动检测的应用领域。
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