大规模弱光纤光栅阵列在线制备质量监测系统研究与实现

论文摘要

弱光纤光栅传感器以其特殊的传感特性在温度、应力、振动等测量领域得到广泛的应用。作为构建大容量传感网络的重要载体,弱光纤光栅传感器有其自身特殊的性能,而这些性能的好坏将直接影响传感网络的性能。目前针对大规模光纤光栅阵列的质量检测问题,相关研究人员采用光谱仪在光栅阵列整体制备完成后进行质量检测,但该方法不能实时检测在线刻写出的光栅的质量信息与有效地分析光栅的质量好坏,若光栅阵列出现大量光栅质量不达标,则会造成传感系统性能差以及经济损失。为了确保弱光纤光栅阵列质量合格,应从光栅制备源头严格控制,因而实现在线制备过程中实时分析光栅光谱信息与止损是非常重要的。为了解决上述在线检测光纤光栅质量问题,本文研究快速光纤光栅解调方法与光纤光栅质量分析方法,实现一种高精度、快速、无干涉式、质量分析可靠的大规模光纤光栅阵列质量分析系统,主要研究工作如下:(1)针对大规模长距离弱光纤光栅阵列光谱检测时,光在光纤光栅阵列末端信噪比差以及解调光栅速度慢的问题,研究基于Golay互补码的光纤光栅快速、高精度降噪方法。在此基础上,研究基于Golay互补码的多种编码方法与解调方法,以实现光路系统的搭建与解调算法的构建。为实现光路系统中适当的光脉冲编码方法,研究激光器光源线宽对不同光脉冲编码方法的影响,以及光路系统中关键器件对解调系统的影响。为实现基于Golay互补码的光脉冲解调算法,研究基于互补相关的解调算法,确定对应的解调规则,并仿真验证解调规则正确性。(2)针对实时快速、无干涉式解调在线刻写的弱光纤光栅阵列光谱的需求,研究与设计基于FPGA实现的光纤光栅解调系统。为实现快速解调,结合光栅光路特点,在FPGA模块中设计弱光纤光栅快速定位方法与信号精确采集方法。针对长距离弱光纤光栅检测中存在的多重反射问题,以弱光纤光栅传感原理为基础,分析弱光纤光栅波长偏移方法,以此得到无干涉式解调每个弱光纤光栅的方案。针对基于FPGA的弱光纤光栅解调系统与弱光纤光栅刻写设备(拉丝塔)交互工作问题,研究拉丝塔刻写光栅时工作方式,分析两个设备同步工作方法与设计两种设备机械连接装置。(3)针对弱光纤光栅光谱质量分析需求,研究弱光纤光栅质量分析方法,实现弱光纤光栅光谱的分类识别与质量评估。以此为基础,研究弱光纤光栅光谱特征,提取弱光纤光栅光谱的特征信息,并搭建光谱分析系统来实现弱光纤光栅光谱分类识别与质量分析。(4)搭建实验平台验证互补编码脉冲对信噪比的改善程度,以总长9.03km、间隔3m的窄带弱光栅阵列与总长5km、间隔3m的啁啾光栅阵列为在线监测目标,验证解调系统的稳定性与有效性,以及光栅质量分析系统的可靠性。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨威

导师: 李政颖

关键词: 大规模,弱光纤光栅阵列,在线,信噪比,光栅光谱质量分析

来源: 武汉理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,自动化技术

单位: 武汉理工大学

基金: 国家自然科学基金面上项目(No.61575149):基于色散效应的大规模全同光栅传感网络高速解调新方法的研究,国家自然科学基金重点项目(No.61735013):智能轨道交通安全监测光纤传感基础研究

分类号: TN253;TP212

DOI: 10.27381/d.cnki.gwlgu.2019.000199

总页数: 67

文件大小: 2736K

下载量: 36

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