【摘 要】
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随着光纤传感技术的发展,法珀腔传感器因其优越的特性被广泛应用在航空航天、桥梁大坝、医学研究等不同领域。法珀腔传感器通过对腔长变化信息的解调可以实现压力、温度等外界物理量的测量。SiC材料作为第三代宽禁带半导体材料,可耐高温高压,逐渐成为极端环境下法珀腔传感器的研究方向之一。对于SiC法珀腔传感器的实际应用而言,关键问题是准确提取法珀腔腔长值。由于SiC透光波段为可见光波段,而现阶段针对传感器的解调
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随着光纤传感技术的发展,法珀腔传感器因其优越的特性被广泛应用在航空航天、桥梁大坝、医学研究等不同领域。法珀腔传感器通过对腔长变化信息的解调可以实现压力、温度等外界物理量的测量。SiC材料作为第三代宽禁带半导体材料,可耐高温高压,逐渐成为极端环境下法珀腔传感器的研究方向之一。对于SiC法珀腔传感器的实际应用而言,关键问题是准确提取法珀腔腔长值。由于SiC透光波段为可见光波段,而现阶段针对传感器的解调装置多为近红外波段,此类解调装置对于SiC法珀腔传感器解调精度过低,难以得到精确的腔长值。因此,本文针对SiC法珀腔传感器可见光波段腔长解调技术展开研究,主要工作内容如下:1.详细介绍了法珀腔传感器的传感原理,推导了反射光谱信号相位与腔长之间的关系,提出了 SiC法珀腔传感器解调的具体方案以及腔长解调算法,具体方案包括系统光路和硬件电路。2.根据SiC材料对光的响应特性,搭建了解调系统。由于SiC在可见光波段有较强的透射率,因此采用可见光LED作为系统光源,选用同波段的微型光纤光谱仪对法珀腔传感器的反射光谱信号进行采集,采用A/D模块对光谱信号完成模数转换,通过FPGA控制电路进行数据处理,完成腔长值的解算。3.对采集到的SiC法珀腔传感器的反射光谱信号进行分析,由于得到的信号对比度较弱,采用现有的光谱解调法解算误差大,因此提出了一种信号乘方-互相关解调算法,通过对15-25μm法珀腔腔长的仿真,结果表明该算法解调最大误差为0.005μm,相对误差为0.022%。4.搭建解调系统实验平台,利用封装好的SiC法珀腔传感器验证硬件电路系统和软件算法的可行性,完成对传感器腔长的解算,并对SiC法珀腔传感器进行压力测试,测试结果表明,解调速度可以达到500Hz,且法珀腔传感器输出腔长值与输入气压值成线性相关,解调系统工作正常,传感器灵敏度在0.19357nm/KPa时,可以分辨500KPa的压力变化。
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