基于干涉相位信息提取的高速声振动传感解调系统研究

《基于干涉相位信息提取的高速声振动传感解调系统研究》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、基于干涉相位信息提取的高速声振动传感解调系统研究ResearchofHighSpeedAcousticVibrationSensingDemodulationSystemBasedonInterferencePhaseExtraction学科专业：光学工程研究生：张天昊指导教师：江俊峰教授王双讲师天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一七年十二月摘要基于干涉相位提取的高速光纤声振动传感解调系统具有灵敏度高、抗干扰能力强等特点，在极端环境中有着传统传感方式所无法比拟的优势。本课题针对低气压二氧化碳气体中的声微弱信号探测

2、问题，对传感器敏感元件进行了深入的研究，并搭建了适用于该环境下的解调系统，在研究过程中完成的工作有：1.概述了光纤声振动传感的主要实现方案，从传感器和传感解调系统两方面介绍了其国内外研究的现状，在此基础上对本论文所面临的问题和挑战进行了详细的分析。2.研究分析光纤声振动传感器，并进行参数优化，传感器采用聚合物薄膜实现高的探测灵敏度，并通过膜片的预张力固定方式，使膜片的一阶固有频率达到54.3kHz，实现了传感器的响应频率上限超过40kHz的要求。3.对于双波长相位解调理论做了进一步分析，在原有正交相位解调法的理论上

3、，采用归一化计算后的差分交叉乘法方案，研究了光源波长漂移和腔长漂移对解调结果的影响。仿真得到当波长间隔△λ为4nm时系统灵敏度最高，在腔长漂移ΔL情况下，当ΔL为5μm时，解调结果的幅值仅减小5.4‰。4.在低气压二氧化碳气体环境中进行了高频超声波的探测实验，在气压270Pa的二氧化碳气体中，输出信号信噪比仍能达到14.45dB，膜片变形量为±5.2nm，探测灵敏度为10.4nm/kPa，表明了传感器系统的有效性。关键词：光纤声振动传感；相位解调；超声波探测；低压二氧化碳环境IIIABSTRACTThehigh-s

4、peedfiberacousticsensingdemodulationsystembasedoninterferencephaseextractionhastheadvantagesofhighsensitivityandstronganti-interferenceability.Ithastheadvantagesovertraditionalsensorsinextremeenvironments.Inthispaper,theweaksignaldetectionexperimentsinlow-pres

5、surecarbondioxidegasarecarriedout.Thesensitivecomponentsaredeeplystudiedanddesigned,andthedemodulationsystemsuitableforthisenvironmentissetupandtested.Themajorworksdoneinourresearchareasfollows:1.Thispapergivesanoverviewofthevariousimplementationsofopticalfibe

6、racousticsensing,whichisdividedintotwoparts:thesensorandthesensingdemodulationsystem.Thecurrentstatusoftheresearchisdiscussed.Theproblemsandchallengeswefacedareanalyzedindetail.2.Theperformanceandparametersofthesensorisanalyzed.Weusethepolyphenylenesulfidefilm

7、assensingelement,bysettingacertainsizeofthediaphragm,whileapplyingacertainpre-tensiondiaphragmsothatthefirst-ordernaturalfrequencyofthediaphragmis54.3kHz.Sowecansettheupperlimitofthesensorresponsefrequencytomorethan40kHz.3.Wesimulatedtheinfluenceofthewavelengt

8、hdriftandcavitylengthdriftΔLontheaccuracyofthesystemdemodulationresults.Whenthe△λis2nm,theattenuationratioofthedemodulationresultis10%.WhentheΔLis5μm,theattenuationratioofthedemodu