基于菲索干涉仪解调的光纤法珀加速度传感器与信号解调方法分析

《基于菲索干涉仪解调的光纤法珀加速度传感器与信号解调方法分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、重庆人学硕十学位论文能媒介间接对光纤内传输光波的某些特征进行调制。按照光纤中的光被调制的特征参量来分，可将光纤传感器分成光强调制型、相位调制型、偏振态调制型、波长调制型和频率调制型【6l。由于前两种调制方式的检测原理相对成熟，被测对象十分广泛，因此大量的工业用光纤传感设备采用强度调制型或者相位调制型光纤传感器。在强度调制型光纤传感方案中，以光纤输出光强的变化来表示被测物理量，多采用多模光纤。被测物理量直接与光纤或者与和光纤固定在一起的装置相互作用，从而直接改变光纤中传输的光强。强度调制型光纤传感技术的优势在于结构简单，成本低，但所能达到的灵敏度有限。考虑到大多数传感应用中并不要

2、求极高的灵敏度，强度调制型传感器的综合性能足以与现有的其他非光纤传感器竞争，因而有可观的市场前景。对于相位调制型光纤传感技术，以光纤中光的相位变化来表示被测物理量，通常对双光束或者多光束干涉信号进行解调获得相位信息，多采用单模光纤。无论传感对象是磁场、声场，还是温度、位移等各种物理现象，理论上都具有高出现有各种传感技术几个数量级的灵敏度。这种传感方式几何结构灵活多样，且灵敏度、分辨率等关键性能指标非常高，在很多场合都具有应用价值。偏振态调制型光纤传感器以光纤中传输光的偏振态变化来表示被测物理量，用不同的检偏装置进行解调，多利用磁光效应、光弹效应等进行磁场、应力等物理量的测量。由

3、于光纤中光波的偏振态在外界微扰下经常不规则地变化，这使得该种调制方式在稳定工作和检测上存在困难。波长调制型光纤传感器多利用宽带光源，以光波长的改变来表示被测量的大小，最典型的代表就是基于光纤光栅(FiberGrating)的传感器【

4、71。光纤光栅是近年来发展最为迅速、应用最为广泛的光纤无源器件之一，其特征波长会随温度、应力等参数的改变而发生漂移，具有自参考性、小巧、重复性好、易复用、抗干扰能力强等特点。频率调制型光纤传感方式主要基于多普勒(Doppler)效应、克尔(Kerr)效应、受激布旱渊(Brillouin)散射和受激拉曼(Ramann)散射等，以频率的改变来表示被测物

5、理量。光纤传感器发展至今已有近四十年的历史，基于不同光纤传感原理的大量技术方案和应用领域被相继发掘出来，部分技术和应用也已经商品化【81。随着现代传感技术的发展，除了传统的应力、温度等传感领域，一些新的传感方案，如生物传感技术，也被大量提出和加以尝试。光纤传感器以其独特的优越性出现在越来越多的工业领域和生活领域中。在工业工程控制中，光纤传感器多采用光强耦合式结构或者法布罩一珀罗21绪论(Fabry-Perot，法珀)式结构，测量温度、位移、加速度、压力、流量等物理参数。这些参数的获得有利于工业加工过程中对加工条件、加工进度和安全性等进行控制，从而提高加工精度和效率。在电力工业中

6、，对于电流电压测量和电器保护系统的要求不断提高，迫切需要可检测高电压、大电流的传感器。基于电光效应或者法拉第磁光效应的光纤电压电流传感器由于不受电磁干扰、可进行非接触式测量而大受青睐，目前已有部分传感器进入了实用商品化阶段。在建筑、汽车、航空航天等广泛使用复合材料的领域，基于光纤传感技术的智能材料和智能结构有着广泛的应用前景。通过将传感元件和驱动元件嵌埋入材料和结构中，可以实时测量材料和结构的状态参数，如应变、温度、损伤等，并做出必要的调节和控制，从而保证结构安全并工作在最佳状态。常见的应用实例包括材料的固化过程监控、结构中的裂纹检测等等。在化工和医用领域，基于激光多普勒频移效

7、应的全光纤探针可以用来测量血液的流速，帮助进行心血管疾病的临床诊断和冠状动脉成形术；而基于荧光效应或者光吸收散射原理的光纤探针则既可以用来检测某种物质中化学成分的分布，测试环境污染程度，又可以用来确定血液中的氧饱和程度和血红蛋白分解曲线等重要指标，从而在开发污染监控系统、治疗呼吸系统和新陈代谢系统疾病上发挥重要作用。在军事领域，为适应水下反潜、导弹制导等高科技作战手段的需要，世界各国的研究部门也都谋求大面积应用高性能的光纤传感器。其中基于光纤Sagnac效应的光纤陀螺作为一种角加速度敏感元件，在姿态控制和惯性导航中的重要作用使其成为光纤传感技术最早应用于军事领域的方向之一并得到

8、了长足发展。在石油工业，基于传输损耗调制或者反射光强的液位和泄露传感器已有很多商用的产品，而可用于油气勘探的光纤压力或光纤加速度传感器也正被越来越多的国家投入大力研究，以替代现有的压电式产品。与此同时，光纤传感技术还存在如下一些问题：①光纤传感器受到制作工艺和器件发展的限制，尚未形成较大的生产规模。②具备高性能、高可靠的光纤传感系统在系统造价上仍然偏高，尚不能为多数工程应用所接受，需大力改进以降低成本。③光纤传感技术有着极高的检测灵敏度，但同时也容易受到外界干扰的影响，如光纤陀螺仪中的非互易