集成化光纤光谱解调系统的研究

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光纤光谱解调技术是光纤传感领域研究的重要内容。随着光纤传感技术的日益成熟,光纤传感技术在大型建筑、国防科技等重点领域中逐渐得到了广泛的应用。而在光纤传感技术的工程实践中,相对于光纤传感器和光纤复用技术来说,实用化、集成化的光纤光谱解调技术始终是制约光纤传感技术大规模应用的难点。现有的主要光纤光谱解调技术普遍有成本高或者体积较大等不足,这在一定程度上制约了光纤传感技术的普及化和规模化应用。   本论文主要围绕国家自然科学基金重点项目(No.60736039)《集成化、高速率、多参数、大规模新型光纤传感网络关键技术及其应用研究》,国家863项目(No.2006AA01Z217)《多维多参量光纤光栅无线传感器网络系统研究》,以及光电信息技术教育部重点实验室开放基金资助项目展开研究。以光纤传感中的光谱解调技术为研究对象,结合嵌入式系统,构建实用化、集成化的光纤光谱解调系统。主要内容有:   1.对光纤光谱解调系统的应用技术背景进行了介绍。详细介绍了光纤传感技术的发展概况,对已经比较成熟的无源光纤传感技术和目前日益得到重视的有源光纤传感技术进行了具体的讨论。对光纤传感技术中的解调技术和研究现状展开了讨论。   2.对光纤光谱解调系统中关键模块的原理和特性进行了具体的阐述。分别对掺铒超荧光宽带光源、光纤F-P可调谐滤波器、热稳定光纤标准具、光电探测器等四个关键模块的原理与特性进行了深入的介绍与讨论。   3.系统阐述了集成化光纤光谱解调系统的构成,对该系统的基本结构与工作原理进行了深入的介绍,并对系统的特点与应用背景进行了介绍。对系统的参考光路部分的结构与原理进行了介绍。分析了参考光路的构成与特点,并对参考光路中的光学器件的参数与特性进行了描述,对参考光路的光谱输出与作用进行了分析。对系统的核心解调光纤器件光纤F-P可调谐滤波器的调谐特性进行了实验研究,并对其调谐特性进行了总结与分析,总结出应用光纤F-P可调谐滤波器进行光纤光谱解调需遵循的规律。对系统的核心控制与运算模块、系统所应用的嵌入式ARM处理模块的构成与特点进以及数字滤波技术和峰判别算法等进行了详细的阐述。   4.对系统的关键性能和参数进行了测试与分析。从理论上分析了系统关键性能指标,并应用可调谐激光器对系统解调的准确度、分辨率等关键指标进行了实验测试与数据分析。应用等强度梁应变实验从传感系统的角度对光纤光谱解调系统进行了系统性的测试与分析。
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