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基于时分复用的分布式光纤光栅传感系统的研究

作　者: 周鹤
导　师: 裴丽
学　校: 北京交通大学
专　业: 光通信与移动通信
关键词: 光纤光栅光纤传感解调时分复用匹配光纤光栅
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 130次
引　用: 1次
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内容摘要

光纤光栅传感器已经成为传感器领域的一大研究热点。它具有抗电磁干扰、精度高、稳定性好、可复用性等诸多优点。特别是其可复用性尤为突出,采用多个光纤光栅传感器,构成分布式传感网络,可实现多点检测,在大型和复杂结构监控的实际应用中有着重要的作用。在时分复用传感网络中,传感器数量不再受光源带宽和被测对象的动态范围的限制,理论上可复用的传感器的数量是很可观的,且采用串联拓扑结构,功率利用效率很高。本文主要研究了基于时分复用(time division multiplexing, TDM)的光纤光栅分布式传感系统。论文的主要内容有：(1)概述了光纤光栅的特点、分类及其在传感领域的应用,综述了光纤光栅传感解调及复用技术和目前的主要研究方向。(2)详细阐述了光纤光栅传感的相关理论。分析了光纤光栅的耦合模理论、传输特性及啁啾光纤布拉格光栅的特点；理论分析了光纤光栅的传感原理；介绍了光纤光栅传感器的解调技术以及分布式光纤光栅传感网络复用技术。(3)对串联拓扑结构的超低反射率光纤光栅的特性进行了理论研究和仿真分析,继而设计了一种基于TDM的分布式光纤光栅传感系统,利用匹配光纤光栅解调技术进行解调,有效地避免了光纤光栅的应力、温度交叉敏感效应。仿真分析证明了本方案可用于长距离、高密度传感的测量。在第一个光纤光栅传感探头峰值反射率R=-40dB,传感探头之间距离d=lkm的情况下,系统理论上可复用128个传感探头,传感距离可达128kmn。(4)深入研究了匹配光纤光栅解调技术,从原理和结构上对给该解调技术进行了理论推导及仿真分析。并通过实验证明了匹配光纤光栅解调技术的可行性及良好的线性效果。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
1 引言  11-17
  1.1 基于光纤光栅的传感技术及其应用  11-13
    1.1.1 光纤光栅概述  11
    1.1.2 光纤光栅的分类  11-12
    1.1.3 光纤光栅在传感领域的应用  12-13
  1.2 光纤光栅传感解调及复用技术的发展状况  13-14
  1.3 光纤光栅传感器的研究方向  14-15
  1.4 本论文的主要内容  15-17
2 基于光纤光栅的传感理论  17-37
  2.1 光纤光栅理论分析  17-30
    2.1.1 耦合模理论分析法  17-23
    2.1.2 数值计算及传输特性分析  23-27
    2.1.3 啁啾光纤布拉格光栅  27-30
  2.2 光纤光栅传感器原理  30-33
    2.2.1 轴向应变特性分析  30-32
    2.2.2 温度特性分析  32-33
  2.3 光纤光栅传感器的解调技术  33-36
    2.3.1 可调谐光纤光栅滤波器法  33-34
    2.3.2 可调谐法布里-珀罗滤波器法  34-35
    2.3.3 非平衡Mach-Zehnder干涉法  35-36
  2.4 小结  36-37
3 基于TDM的分布式光纤光栅传感系统  37-51
  3.1 分布式光纤光栅传感网络复用技术  37-40
    3.1.1 波分复用(WDM)  38
    3.1.2 时分复用(TDM)  38-39
    3.1.3 空分复用(SDM)  39-40
  3.2 超低反射率光纤光栅传感的特性研究  40-44
  3.3 基于TDM的分布式光纤光栅传感系统的设计  44-50
    3.3.1 基本原理  44-46
    3.3.2 仿真分析  46-50
  3.4 小结  50-51
4 匹配光纤光栅解调技术的研究  51-61
  4.1 基本原理  51-55
  4.2 实验结果  55-60
    4.2.1 光栅传感  55-57
    4.2.2 光电信号解调  57-60
  4.3 小结  60-61
5 总结与展望  61-62
  5.1 总结  61
  5.2 展望  61-62
参考文献  62-65
作者简历  65-67
学位论文数据集  67

基于时分复用的分布式光纤光栅传感系统的研究

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