F-P腔传感瞬态相位速变解调技术的研究

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:x_schen
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随着光纤传感技术的发展,光纤传感器也越来越多的替代传统传感器,在众多领域得到广泛的应用,光纤传感解调技术的研究显得尤为重要。如在水下爆炸产生的冲击波的检测的具体应用中,传统的压电陶瓷传感器无法精确复现冲击波信号。而体积小,抗电磁干扰能力强的光纤F-P腔传感器是实现水下冲击波测量的最佳选择。对F-P腔传感器的调制信息的解调大多依赖于对F-P腔腔长的解调。为实现光纤F-P腔传感器腔长的解调,各种解调方案相继被提出。常见的解调方法有强度解调,傅里叶变换,条纹计数,峰值跟踪法等。他们各有自己的优缺点,但是在测量冲击波的具体应用中,这些方法都有自己的局限性。本文主要针对F-P腔测量瞬态速变信号的这个应用中研究其解调技术。本文首先介绍了F-P腔传感原理和三波长解调方案,这种解调算法是基于双光束干涉的理论,选取三个不同波长的激光作为光源激励,实现对输出干涉信号的相位解调。用软件仿真模拟冲击波信号,并用三波长解调原理解调其调制信号。验证三波长解调的正确性。软件仿真结果显示,解调出来的相位信息与调制的相位信息之间具有良好的线性性,适用于解调快速变化的信号。根据三波长解调对光源和光电检测的要求设计硬件电路。光源部分,针对解调系统对光源稳定性的要求设计了自动功率控制电路使其功率稳定和自动温度控制电路使激光器输出光的波长稳定。同时将过流保护和温控保护考虑其中,更好的保证了激光器能长期稳定的工作。光电检测部分,噪声和响应速度是主要影响光电检测性能的两个因素,基于此,设计了光伏模式的互阻放大电路。最后,对各硬件电路设置合理的参数,使得各个分立部分能满足整体性能的要求。光源功率波动范围是0.1mW,光源波长波动范围只有0.03nm。其引起的噪声相位是0.019rad,对应噪声压强是0.14MPa。对于峰值压强50MPa的待测的冲击波,其噪声在可接受的范围内。然后选择合适的F-P腔,搭建传感系统对其进行静态标定和动态试验。静态标定的结果是,其线性度达到线性度为0.9938,灵敏度为-0.1228MPa/rad。动态试验实验表明,此解调技术可以实现对冲击波信号较准确的复现,测得冲击波的上升时间是2.7μs。结果表明,三波长解调技术基本能完成瞬态速变相位信号的解调。
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