大容量光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)高速解調(diào)方法及關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、新一代光纖傳感網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢是大容量、長距離和高精度。本課題主要研究大容量光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)的高速解調(diào)方法與關(guān)鍵技術(shù)。2013年，我們課題組成功實現(xiàn)拉絲塔在線制備的無焊點光柵（反射率<-50dB），解決了傳感基元的問題，避免了光柵大規(guī)模組網(wǎng)過程中傳統(tǒng)串接方法存在的損耗大、強度低等缺陷。因此，研究適用于波分/時分復(fù)合組網(wǎng)下微弱傳感信號的高靈敏度和高速度的有效解調(diào)是當(dāng)前亟待解決的關(guān)鍵問題。
　　提高光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)的復(fù)用能力和傳輸距離要

2、求更低反射率光柵。圍繞基于波分/時分混合復(fù)用的大容量超低反射率（超弱）光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)解調(diào)所存在的關(guān)鍵問題，本課題從研究超弱光柵陣列各噪聲干擾的數(shù)學(xué)模型出發(fā)，研究超弱光纖光柵陣列的光譜特性和解調(diào)電信號特性以及光學(xué)噪聲產(chǎn)生機理、疊加效應(yīng)及其消除方法。在此基礎(chǔ)上，研究超低反射率光纖光柵傳感系統(tǒng)中干擾信號的形成機制，實現(xiàn)干擾信號的分離方法，最終實現(xiàn)大容量超弱光柵網(wǎng)絡(luò)中傳感信號的高精度和高速解調(diào)。
　　全文的主要研究內(nèi)容及成果如下：

3、>　?。?）理論研究并仿真了超弱光纖光柵的傳感性能。結(jié)合光纖光柵的耦合模理論和依據(jù)光纖光柵的計算方法，推導(dǎo)超弱光纖光柵的反射光譜表達式，并利用仿真工具從理論上研究其特性。
　　（2）實驗分析和對比單根光纖上復(fù)用不同反射率的光纖光柵時傳感器反射光功率的衰減特性。同時研究反射光經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換之后的電信號，結(jié)合超弱光柵陣列中干擾數(shù)學(xué)模型分析大容量超弱光纖光柵陣列的傳感特性。
　?。?）對比研究現(xiàn)有大容量光纖光柵傳感陣列的組網(wǎng)后的各種

4、解調(diào)方法的優(yōu)勢及其局限性。為了減少光纖光柵陣列的串?dāng)_與噪聲，根據(jù)超弱光纖光柵陣列的傳感特性，采用相移脈沖高速成像光譜解調(diào)方法實現(xiàn)大容量光纖光柵的高速解調(diào)。解調(diào)方法在于控制選擇傳感陣列中單個光柵的傳感光脈沖信號，分離抑制干擾噪聲，極大減少處理傳感數(shù)據(jù)量。并且開發(fā)了系統(tǒng)原型樣機，詳細(xì)分析了系統(tǒng)控制策略和核心算法性能，實現(xiàn)高速解調(diào)方案。
　?。?）為了進一步研究其性能，詳細(xì)研究了光纖光柵傳感陣列的光譜陰影效應(yīng)、光柵之間的串?dāng)_以及光信道噪

5、聲。實驗上分別進行基于超弱光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)的形變和溫度的測量，其測量性能和同等條件下普通光柵表現(xiàn)基本一樣。
　?。?）提出一種基于超弱光纖光柵傳感陣列的光柵反射率的現(xiàn)場在線測試方法。本方法不需要額外的實驗儀器和人工參與，測量的速度和系統(tǒng)的解調(diào)速度幾乎一致，對于光纖光柵的在線制備及應(yīng)用系統(tǒng)性能長久監(jiān)測有著重要的意義。
　?。?）為了進一步提高其工程應(yīng)用范圍，研究了一種可以通過實時改變傳感信號放大倍數(shù)的方法，使本系統(tǒng)可以適應(yīng)各種