航空光纤压力偏振低相干干涉解调的理论与方法研究

【类型】学位论文

【作者】王双 

【关键词】 光纤法珀 压力测量 低相干干涉 解调 色散 偏振

【摘要】光纤法珀压力传感器具有体积小、重量轻、测量灵敏度高、抗电磁干扰能力强等诸多优点，将光纤法珀压力传感器与低相干干涉解调技术相结合，非常适用于航空高精度压力传感领域。本文首先针对航空阵列型大气压力传感对解调速度的要求，提出一种具有较高精度的快速解调方法，其次研究了解调系统位置相关色散对干涉图样和相位信息的影响，在此基础上，分别利用空间域和空间频率域的信息，提出两种基于色散补偿的高精度解调方法，并进行了实验验证，获得了高效、稳定的解调性能。本文的主要工作如下：1、针对航空阵列型大气压力传感对解调速度的要求，研究了用于阵列型光纤压力传感的快速偏振低相干干涉解调方法，该方法与使用经验参数的传统空间频域分析法相比，解调精度相当，但运算速度提高10倍，能够满足多通道传感解调和嵌入式系统计算的要求。2、对解调系统中位置相关色散对干涉图样的影响进行研究，建立了位置相关色散在空间域中的理论模型，在此基础上提出了一种基于干涉图样的色散补偿解调方法，通过综合利用位置相关色散特性和包络峰值信息实现了低相干干涉信号解调，其解调精度比传统的包络峰值法提高近17倍。该方法具有解调原理简单、解调精度高的优点，但计算量相对较大。3、对解调系统中位置相关色散对相位信息的影响进行研究，建立了位置相关色散在空间频域中的理论模型，提出了一种基于空间频域非线性效应的色散补偿解调方法，能够有效避免传统空间频域分析法由位置相关色散影响导致的阶跃误差，其解调精度比传统的包络峰值法提高了13倍。该方法具有适用于任意谱形宽带光源的优点，计算量比基于干涉图样的色散补偿法减少一半。4、实验研究了信噪比和温度对解调系统性能的影响。实验结果表明系统解调精度在信噪比17.5dB处变化趋势发生显著改变，信噪比高于该值时解调精度保持较高水平，反之系统解调精度则迅速恶化，系统分辨率随信噪比升高而增强；解调得到的法珀腔长随解调系统所处环境温度升高而增大，其偏移量与温度和初始腔长有关，解调系统温度响应系数在0.461~1.919nm/℃范围内。

【学位名称】博士

【学位授予单位】天津大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】刘铁根

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