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1、碩士學(xué)位論文基于偏振低相干的光纖法珀傳感器解調(diào)系統(tǒng)研究RESEARCHONDEMODULATIONSYSTEMOFFIBERFABRY-PEROTSENSORBASEDONPOLARIZATIONLOWCOHERENCE孫遜哈爾濱工業(yè)大學(xué)2018年6月國(guó)內(nèi)圖書分類號(hào)：TP212.1學(xué)校代碼：10213國(guó)際圖書分類號(hào)：621密級(jí)：公開工程碩士學(xué)位論文基于偏振低相干的光纖法珀傳感器解調(diào)系統(tǒng)研究碩士研究生：孫遜導(dǎo)師：原桂彬教授申請(qǐng)學(xué)位：工程碩士學(xué)科：儀器儀表工程所在單位：自動(dòng)化測(cè)試與控制系答辯日期：2018年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大
2、學(xué)ClassifiedIndex:TP212.1U.D.C:621DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringRESEARCHONDEMODULATIONSYSTEMOFFIBERFABRY-PEROTSENSORBASEDONPOLARIZATIONLOWCOHERENCECandidate：SunXunSupervisor：Prof.YuanGuibinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：InstrumentS
3、cienceandTechnologyDepartmentofAutomaticAffiliation：MeasurementandcontrolDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要光纖法珀傳感器具有易于復(fù)用、抗電磁干擾、重量輕、能夠在極端環(huán)境下工作等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的發(fā)展。在燃?xì)廨啓C(jī)監(jiān)測(cè)、石油勘測(cè)領(lǐng)域中，高溫、高腐蝕等極端環(huán)境下壓力、溫度等參數(shù)的測(cè)量對(duì)監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)、指導(dǎo)石油勘測(cè)具有重要意義，在上
4、述領(lǐng)域中，光纖法珀傳感器相比于電學(xué)傳感器具有極大優(yōu)勢(shì)。光纖法珀傳感器的解調(diào)方式有多種，包含強(qiáng)度解調(diào)法、光譜解調(diào)法、相位載波法，但上述解調(diào)方法無(wú)法滿足兼顧量程、速度、動(dòng)靜解調(diào)能力的解調(diào)需求。針對(duì)上述問題，本文采用低相干干涉法解決了大量程、動(dòng)靜態(tài)參量的同時(shí)測(cè)量的問題；解調(diào)模塊中測(cè)量干涉儀采用偏振干涉儀方式搭建，避免了采用斐索干涉儀搭建時(shí)光楔加工難度大、生成信號(hào)信噪比低的問題；針對(duì)晶體引入色散造成傳統(tǒng)解調(diào)方法解調(diào)結(jié)果錯(cuò)誤的問題，提出了一種改進(jìn)的條紋中心算法實(shí)現(xiàn)光纖法珀傳感器的正確解調(diào)；針對(duì)解調(diào)速度慢的問題，本文基于DSP和FPGA設(shè)計(jì)了采
5、集、傳輸與處理系統(tǒng)，為實(shí)時(shí)解調(diào)提供了硬件平臺(tái)。最終對(duì)設(shè)計(jì)的解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了分辨力、線性度、穩(wěn)定性和重復(fù)性的性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)。本文中的主要工作如下：首先，建立斐索干涉儀和偏振干涉儀的理論模型，對(duì)上述兩種干涉儀的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，基于系統(tǒng)生成干涉條紋對(duì)比度和干涉儀加工難度方面的考慮選擇了雙折射晶體光楔的偏振干涉儀解調(diào)方案。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了系統(tǒng)中光源、光纖、雙折射晶體光楔、相機(jī)等器件的選型，搭建了完整的光纖法珀傳感器解調(diào)系統(tǒng)。其次，本文基于偏振干涉儀的理論模型，研究了晶體色散對(duì)低相干干涉條紋的影響，主要包括干涉條紋相對(duì)于包絡(luò)曲線的移動(dòng)，零相位點(diǎn)
6、與包絡(luò)曲線中心位置不再重合，繼而造成傳統(tǒng)解調(diào)方法的失效。針對(duì)上述問題，本文以理論模型為基礎(chǔ)，提出了一種改進(jìn)的條紋中心算法，利用干涉條紋包絡(luò)曲線中心位置和2mπ相位點(diǎn)位置的線性關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了低相干干涉條紋信號(hào)的解調(diào)，并驗(yàn)證了算法在引入色散后的解調(diào)系統(tǒng)中的有效性。之后，針對(duì)解調(diào)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)量和計(jì)算量大的特點(diǎn)，本文基于DSP和FPGA搭建了數(shù)據(jù)的采集、傳輸與處理系統(tǒng)。系統(tǒng)采用FPGA、CameraLink相機(jī)和視頻采集卡實(shí)現(xiàn)了低相干干涉條紋的采集；采用PCIe協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸；采用TMSC6657雙核DSP實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速處理，并將解調(diào)結(jié)
7、果發(fā)送至FPGA端以模擬量形式進(jìn)行輸出。-I-摘要最后，對(duì)設(shè)計(jì)的光纖法珀傳感器的解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了分辨力、誤差、重復(fù)性、穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)響應(yīng)等方面的性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)，其中解調(diào)系統(tǒng)能夠分辨4nm位移，最大誤差占全量程的0.63%，解調(diào)重復(fù)性為0.14%，30min穩(wěn)定性為0.55%，2min穩(wěn)定性為0.083%，能夠跟隨900Hz的頻率變化。本文的工作解決了現(xiàn)有光纖法珀傳感器解調(diào)系統(tǒng)無(wú)法同時(shí)兼顧測(cè)量范圍、解調(diào)速度、動(dòng)靜態(tài)參量同時(shí)測(cè)量的問題，有利于光纖法珀傳感器更大范圍的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：光纖法珀傳感器；低相干干涉法；條紋中心法-II-Abstract
8、AbstractInthefieldsofgasturbinemonitoringandpetroleumexploration,pressure/temperaturemeasurementinextremeworkingenvir
