复合式法珀腔温度压力双参数解调技术研究

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光纤法布里珀罗腔传感器是伴随着光纤技术发展出现的新型传感器,具有灵敏度高、体积小、稳定性好的特点,所以广泛应用于工业生产、矿产开采、航天航空等领域的温度和压力测量方面。常规光纤法布里珀罗传感器只能实现对温度或压力的单一物理量测量。在高温环境下对压力测量会因为传感器存在压力-温度交叉灵敏度,导致压力测量结果出现偏差。为实现高温环境下的压力值准确测量,本文采用具有复合腔结构的光纤法布里珀罗腔传感器用于温度和压力的同时测量,并实现对压力测量结果的温度补偿,获得准确的压力测量值。并针对温度压力同时测量深入研究复合式法布里珀罗腔传感解调技术,主要研究工作如下:首先,从法布里珀罗腔的干涉原理出发,推导了单腔和复合腔光纤法布里珀罗传感器的干涉数学模型,传感器腔长与干涉光谱相位之间的关系,研究了传感器的不同端面反射率和不同腔长下的单腔和复合腔传感器输出干涉光谱变化特性。介绍典型的光纤法布里珀罗腔传感解调方案的原理,并对各个解调方案进行了误差分析。其次,设计并搭建复合式法布里珀罗腔传感解调系统,主要包括光路、电路和软件部分。光路部分主要包括采用模块化SLD光源照射传感器,采用微型光谱仪模块采集传感器反射光谱进行解调。电路部分主要包括SLD光源恒流、恒温驱动电路,信号处理控制电路完成微型光谱仪模块的驱动,对光谱信号进行A/D采样处理,并利用FPGA作为控制芯片解调电路完成干涉光谱信号解调处理,实现传感器的腔长测量。最后,对完成设计开发的解调系统电路和软件设计进行测试,主要包括对光谱仪的驱动测试、A/D采样电路驱动程序测试和系统的整体测试。搭建实验验证平台,对解调系统进行了在600℃和700KPa下进行了压力和温度验证试验,得到了传感器在700KPa下的空气腔的压力灵敏度为-0.296nm/KPa,基底腔的温度灵敏度为0.28nm/℃,并给出完成温度补偿修正后的压力值与基底腔和空气腔腔长之间的关系。
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