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《基于偏振低相干的光纖法珀傳感器解調(diào)系統(tǒng)研究.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學術(shù)論文-天天文庫。
1、碩士學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2018年6月國內(nèi)圖書分類號：TP212.1學校代碼：10213國際圖書分類號：621密級：公開工程碩士學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：孫遜導師：原桂彬教授申請學位：工程碩士學科：儀器儀表工程所在單位：自動化測試與控制系答辯日期：2018年6月授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大
2、學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用、抗電磁干擾、重量輕、能夠在極端環(huán)境下工作等優(yōu)點得到了廣泛的發(fā)展。在燃氣輪機監(jiān)測、石油勘測領(lǐng)域中，高溫、高腐蝕等極端環(huán)境下壓力、溫度等參數(shù)的測量對監(jiān)控發(fā)動機的工作狀態(tài)、指導石油勘測具有重要意義，在上
4、述領(lǐng)域中，光纖法珀傳感器相比于電學傳感器具有極大優(yōu)勢。光纖法珀傳感器的解調(diào)方式有多種，包含強度解調(diào)法、光譜解調(diào)法、相位載波法，但上述解調(diào)方法無法滿足兼顧量程、速度、動靜解調(diào)能力的解調(diào)需求。針對上述問題，本文采用低相干干涉法解決了大量程、動靜態(tài)參量的同時測量的問題；解調(diào)模塊中測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光楔加工難度大、生成信號信噪比低的問題；針對晶體引入色散造成傳統(tǒng)解調(diào)方法解調(diào)結(jié)果錯誤的問題，提出了一種改進的條紋中心算法實現(xiàn)光纖法珀傳感器的正確解調(diào)；針對解調(diào)速度慢的問題，本文基于DSP和FPGA設計了采
5、集、傳輸與處理系統(tǒng)，為實時解調(diào)提供了硬件平臺。最終對設計的解調(diào)系統(tǒng)進行了分辨力、線性度、穩(wěn)定性和重復性的性能測試實驗。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，對上述兩種干涉儀的優(yōu)缺點進行對比，基于系統(tǒng)生成干涉條紋對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，進行了系統(tǒng)中光源、光纖、雙折射晶體光楔、相機等器件的選型，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，研究了晶體色散對低相干干涉條紋的影響，主要包括干涉條紋相對于包絡曲線的移動，零相位點
6、與包絡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。針對上述問題，本文以理論模型為基礎(chǔ)，提出了一種改進的條紋中心算法，利用干涉條紋包絡曲線中心位置和2mπ相位點位置的線性關(guān)系，實現(xiàn)了低相干干涉條紋信號的解調(diào)，并驗證了算法在引入色散后的解調(diào)系統(tǒng)中的有效性。之后，針對解調(diào)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)量和計算量大的特點，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相機和視頻采集卡實現(xiàn)了低相干干涉條紋的采集；采用PCIe協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸；采用TMSC6657雙核DSP實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速處理，并將解調(diào)結(jié)
7、果發(fā)送至FPGA端以模擬量形式進行輸出。-I-摘要最后，對設計的光纖法珀傳感器的解調(diào)系統(tǒng)進行了分辨力、誤差、重復性、穩(wěn)定性及動態(tài)響應等方面的性能測試實驗，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)無法同時兼顧測量范圍、解調(diào)速度、動靜態(tài)參量同時測量的問題，有利于光纖法珀傳感器更大范圍的應用。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
