连续弱光纤光栅性能监测关键技术研究

论文摘要

拉丝塔在线制备连续弱光纤光栅阵列是大容量、高精度、高可靠性光纤传感的核心关键技术之一,国际上仅有少数机构能够进行相关研究和制备。但是拉丝塔在线制备光纤光栅的过程中存在着拉丝塔抖动、拉丝速度不均匀等不确定因素,刻制的光栅阵列不完全符合设计要求,寻找一种有效的方法进行评估与判断,实现在拉丝生产的过程中进行实时在线监测,这也是现阶段的难点。因此,本课题主要研究了一种监测光纤光栅传感阵列性能的在线测试手段,提出了一种实时监测光纤光栅性能的测试系统,实现在单根光纤上制作连续光纤光栅的过程中进行在线性能监测,为刻制光纤光栅的性能提供保证。本课题的主要研究内容如下:(1)介绍了光纤光栅国内外研究现状及发展历程,对光纤光栅的耦合模理论进行了理论推导并用MATLAB对其进行了模拟和仿真,详细的对性能监测系统可同时监测的光栅数量进行了分析,并对常用的光栅复用技术及时域技术进行了阐述,最后介绍了常用的光栅解调系统,包括干涉扫描法、双腔干涉扫描法、边缘滤波法以及可调谐滤波器法。(2)提出了一种对连续弱光纤光栅性能进行监测的系统,主要结合光时域反射、光波分复用方法,利用微弱信号检测和数字信号处理等技术,实现对待测光栅波长数据的获取,并对该监测系统的可行性进行了测试。(3)详细的说明了连续弱光纤光栅性能监测系统解调算法设计过程,首先介绍了采集光谱数据的拼接过程,并对拼接的光谱进行了基准值更改以及滑动平均滤波等优化,然后详细的介绍了光栅的性能指标及判断方法,包括波长异常判断、交点个数异常判断、光谱底宽异常判断以及光谱强度异常判断。(4)最后,为了更加直观的观察连续弱光栅性能指标,为该性能监测系统设计一款人机交互界面,搭建一款连续弱光纤光栅性能监测系统,并用1m间距的光栅进行测试。实验结果表明,该监测系统能够实时在线监测长度为3km左右的光纤上所有光栅,并能支持数据标定、标定数据导出以及报表生成等功能。

论文目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 光纤光栅国内外研究现状

1.2.1 光纤布拉格光栅制备技术的发展历史

1.2.2 光纤布拉格光栅传感的工程应用

1.3 本课题主要研究内容

2 弱光栅理论分析

2.1 光纤Bragg光栅模式耦合理论

2.2 连续弱光纤光栅性能监测复用数量仿真与分析

2.3 光栅监测系统复用技术及时域技术分析

2.3.1 波分复用技术

2.3.2 时分复用技术

2.3.3 空分复用技术

2.3.4 光时域反射技术

2.4 常见光栅解调系统

2.4.1 干涉扫描法

2.4.2 双腔干涉扫描法

2.4.3 边缘滤波法

2.4.4 可调谐滤波器法

2.5 本章小结

3 连续弱光纤光栅性能监测系统设计与分析

3.1 光栅性能监测系统方案设计

3.2 光栅性能监测系统结构组成

3.2.1 可调谐多波长脉冲光源

3.2.2 光电转换模块

3.2.3 数据采集模块

3.3 光栅性能监测系统可行性测试

3.4 本章小结

4 连续弱光纤光栅性能监测系统解调算法设计

4.1 LABVIEW简介

4.2 基于LABVIEW的数据采集程序

4.3 基于LABVIEW的光谱拼接

4.3.1 光栅光谱优化

4.3.2 光栅光谱平滑滤波

4.4 基于LABVIEW的光谱波长异常计算

4.4.1 10cm间距光栅波长计算及异常判断

4.4.2 1m间距光栅波长计算及异常判断

4.5 基于LABVIEW的光谱旁瓣判断

4.5.1 交点个数异常判断

4.5.2 光谱底宽异常判断

4.6 基于LABVIEW的光谱强度异常判断

4.7 本章小结

5 连续弱光纤光栅性能监测系统UI界面设计

5.1 质量分析显示界面

5.2 光栅报表生成界面

5.3 本章小结

6 总结

参考文献

致谢

附录1 攻读硕士学位期间参与的项目和发表的论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王朝晖

导师: 江山

关键词: 光栅性能监测,光时域反射,光波分复用,数字信号处理,异常判断

来源: 武汉邮电科学研究院

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 武汉邮电科学研究院

分类号: TN253

DOI: 10.27386/d.cnki.gwyky.2019.000003

总页数: 66

文件大小: 2776k

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