微光纖法珀應(yīng)變與折射率傳感器研究.pdf

1、光纖法珀傳感器作為光纖傳感器中極為重要的一類受到科研工作人員的青睞。相對于其它光纖傳感器而言,光纖法珀傳感器在分辨率、精度、動態(tài)范圍以及實現(xiàn)方式等方面優(yōu)勢明顯,是發(fā)展最為成熟、應(yīng)用最為廣泛的光纖傳感器之一,目前在應(yīng)變、折射率等的測量中已展開了廣泛的研究和應(yīng)用。 本文對光纖法珀傳感器的原理、分類、解調(diào)方法和光纖法珀傳感器在折射率測量中的應(yīng)用及光纖法珀傳感器的復(fù)用原理做了詳細(xì)的闡述。本課題擬在法珀傳感器的解調(diào)精度和復(fù)用能力上探索更高

2、性能的解調(diào)算法,為實現(xiàn)法珀傳感器的規(guī)模應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。本文主要工作和成果如下： 1. 在單個傳感器的解調(diào)上,引入并分析了頻率校正法、CZT和ARMA諧波恢復(fù)法在光纖法珀傳感器解調(diào)中的應(yīng)用,將它們與FFT在各種性能上作了比較。頻率校正法直接以FFT為基礎(chǔ),因此計算簡單,但它也保留了FFT的不足之處,存在著較大的誤差。ARMA諧波恢復(fù)法的解調(diào)結(jié)果準(zhǔn)確度高,效果穩(wěn)定,但計算稍顯復(fù)雜。CZT不僅解調(diào)效果好,而且計算量也較補(bǔ)零的FFT方法小

3、,是很好的法珀解調(diào)方法。在微應(yīng)變的解調(diào)上,CZT的解調(diào)結(jié)果的線性度為0.9994。 2. 在折射率的測量上,分析了157nm激光制作的光纖法珀折射率傳感器的傳感特性,該傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單,使用方便的優(yōu)點(diǎn)。采用干涉條紋計數(shù)的方法對法珀腔的反射光譜進(jìn)行解調(diào),避免了光強(qiáng)波動的影響,同時具有較寬的折射率(PI)范圍。在0-70℃范圍內(nèi)25um的法珀腔腔長變化量為6.25nm,等效的折射率變化為～2.46×10-4。常溫下對折射率范圍為1

4、.33-1.427的甘油溶液進(jìn)行了測量,實驗結(jié)果曲線的線性度為0.9951,測量精度為～3.70×10-4。 3. 在法珀腔的復(fù)用上,分析了各種并行法珀腔的頻分復(fù)用解調(diào)算法。計算了傅里葉變換解調(diào)算法的頻率分辨率與光源中心波長和帶寬的關(guān)系。分別比較了CZT與CZT-MUSIC、Root-MUSIC、AR并行頻率解調(diào)方法的性能。其中還分析了CZT-MUSIC中自相關(guān)函數(shù)和自相關(guān)矩陣對解調(diào)效果的影響,結(jié)果顯示采用漸進(jìn)無偏的自相關(guān)函數(shù)及