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干涉型光纤传感器关键技术研究

作　者: 朱雪峰
导　师: 曹家年
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 干涉型光纤传感器动态范围灵敏度相位一致性探头设计
分类号: TP212.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

干涉型光纤传感器是一门涉及到光学、光电子学、精密机械、加工技术、信号处理等多个学科领域的新兴学科，由于其具有极高的声压灵敏度、大的动态范围、超宽频带的响应范围，因而受到各国的重视，成为光纤传感研究领域里的热门方向之一。本文详细分析了光纤传感器动态范围的上限和下限(本底噪声)、相位灵敏度及声压灵敏度，讨论了相位灵敏度与声压灵敏度各自的意义及他们之间的区别与联系；重点分析了影响光纤传感器解调输出信号相位的一些因素、研究了传感器探头谐振频率点的设计及解调系统中滤波器的设计。课题完成了解调电路的设计与调试；并对传感器探头的设计及AGC电路中滤波器的设计提出了一些建议。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-14
  1.1 光纤传感器概述  10
  1.2 光纤传感器的特点及分类  10-11
  1.3 国外光纤传感器研究进展  11-13
  1.4 课题所完成工作  13-14
第2章干涉型光纤传感器信号检测方案  14-22
  2.1 光纤相位调制机理  14-16
    2.1.1 应力应变效应  15-16
    2.1.2 温度效应  16
  2.2 相位产生载波(PGC)零差检测方案  16-19
    2.2.1 干涉信号检测方案概述  16-17
    2.2.2 PGC检测方案模型的数学分析  17-19
  2.3 3×3耦合器多相检测技术  19-21
  2.4 本章小结  21-22
第3章干涉型光纤传感器的动态范围  22-32
  3.1 采用 PGC检测技术时动态范围的上限  22-27
    3.1.1 实际系统中动态范围的上限  24-25
    3.1.2 试验分析  25-27
  3.2 采用3×3耦合器多相检测技术时动态范围的上限  27
  3.3 干涉型光纤传感器等效噪声声压级  27-28
  3.4 干涉型光纤传感器的各种噪声  28-31
    3.4.1 相位噪声  29
    3.4.2 强度噪声  29-30
    3.4.3 电噪声  30-31
  3.5 本章小结  31-32
第4章干涉型光纤传感器灵敏度分析  32-43
  4.1 相位灵敏度的定义  32
  4.2 相位归-化灵敏度的定义  32-33
  4.3 声压灵敏度的定义  33
  4.4 相位灵敏度与声压灵敏度的意义  33-37
    4.4.1 相位灵敏度的影响因素  34
    4.4.2 声压灵敏度的影响因素  34-36
    4.4.3 两者的对应关系  36-37
  4.5 相位灵敏度的测量方法  37-42
    4.5.1 贝塞尔函数比值法  37-38
    4.5.2 贝塞尔函数比值法模拟验证  38
    4.5.3 贝塞尔函数比值法的实验验证  38-39
    4.5.4 一种实用的测量方法  39-42
  4.6 本章小结  42-43
第5章系统输出信号相位的影响因素  43-49
  5.1 接耦合器不同引出端对输出信号相位的影响  43-46
    5.1.1 理论分析  43-45
    5.1.2 试验验证  45-46
  5.2 本振与干涉信号同相或反相对输出信号相位的影响  46-48
  5.3 校对本振信号与干涉信号的相位时需注意的问题  48
  5.4 本章小结  48-49
第6章干涉型光纤传感器探头结构设计  49-70
  6.1 虚假信号的产生  49-59
    6.1.1 角频率ω_s>ω_0/2的信号对解调的影响  49-53
    6.1.2 仿真结果  53-56
    6.1.3 角频率ω_s  56-59
  6.2 探头谐振频率点的设计  59-64
    6.2.1 探头谐振频率在检测频带内的好处  61-63
    6.2.2 传感器在检测频带内响应不平坦的解决方法  63
    6.2.3 实际补偿效果  63-64
  6.3 一种降低光纤传感器加速度灵敏度的措施  64-69
    6.3.1 心轴式探头的结构  64-65
    6.3.2 心轴式光纤传感器在加速度作用下产生输出的机理  65-67
    6.3.3 降低加速度灵敏度的措施  67-68
    6.3.4 试验结果与讨论  68-69
  6.4 本章小结  69-70
第7章解调系统滤波器设计  70-77
  7.1 PGC解调电路低通滤波器的设计  70-71
  7.2 一种 AGC电路的带通滤波器的设计  71-76
    7.2.1 AGC原理  71-72
    7.2.2 系统电路设计  72-73
    7.2.3 带通滤波器的参数设计  73-75
    7.2.4 带通滤波器的硬件设计  75-76
  7.3 本章小结  76-77
结论  77-79
参考文献  79-82
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  82-83
致谢  83

干涉型光纤传感器关键技术研究

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