光纤干涉型三轴矢量振动传感及信号解调系统研究

发布时间：2023-01-15 07:50

　　光纤三轴矢量振动传感器具有测量精度高、便于组网、抗干扰能力强等优点,在航空航天、桥梁水利工程、安全生产监测等相关技术领域具有广阔的应用前景。本文从实际应用出发,围绕光纤三轴矢量振动传感及解调系统的关键技术展开研究,该课题的研究具有重要的科学意义和应用价值。针对常用光纤矢量振动传感器灵敏度不高的问题,在研究了强度调制型光纤悬臂梁结构传感器、波长调制型光纤光栅传感器以及相位调制型多种干涉结构传感器对灵敏度性能影响的基础上,设计制作了薄膜片式光纤M-Z干涉型振动传感器,并对设计的传感器进行理论分析和实验研究。结果表明,设计制作的传感器灵敏度可达6969.5rad/g,线性度为99.8%。在灵敏度的误差范围为±5%时,频率范围为10Hz-240Hz。为实现对工程应用中信号的高精度解调,在研究了相位生成载波解调技术和3×3耦合器解调技术的基础上,针对传统的3×3耦合器解调算法存在去直流不完全以及自动增益控制部分的输出与核心控制部分的输出不成比例的问题,设计了一种改进型3×3耦合器解调算法。通过合理调节去直流运算放大增益,并用幅度归一化处理代替原来的自动增益控制部分,对改进型3×3耦合器解调算法进... 

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的研究背景及意义
    1.2 光纤矢量振动传感器
        1.2.1 光纤矢量振动传感器基本原理
        1.2.2 光纤矢量振动传感器研究现状
    1.3 光纤传感器相位解调技术研究现状
    1.4 论文的主要工作及章节安排
第2章 光纤干涉型矢量振动传感器的理论基础
    2.1 光纤波导原理
    2.2 典型相位调制型光纤传感结构
        2.2.1 基于Fabry–Perot干涉结构振动传感
        2.2.2 基于Sagnac干涉结构振动传感
        2.2.3 基于Michelson干涉结构振动传感
        2.2.4 基于Mach-Zehnder干涉结构振动传感
    2.3 M-Z型光纤传感相位调制原理
        2.3.1 外界应力应变效应引起光纤中光的相移
        2.3.2 光纤的温度应变效应引起光的相移
    2.4 光纤干涉仪的相位解调技术
        2.4.1 普通外差解调技术
        2.4.2 合成外差解调技术
        2.4.3 主动零差相位解调法
        2.4.4 被动零差相位解调法
    2.5 本章小结
第3章 三轴矢量振动传感器的结构设计
    3.1 光纤振动敏感单元设计
        3.1.1 振动传感器敏感单元模型设计
        3.1.2 振动模型应力分析
        3.1.3 振动敏感单元灵敏度和谐振频率理论分析
        3.1.4 振动敏感薄膜片的选择
        3.1.5 振动敏感单元结构的有限元分析
    3.2 光纤振动传感器性能分析
        3.2.1 光纤振动敏感盘特性分析平台
        3.2.2 振动传感器频率响应测试
        3.2.3 振动传感器灵敏度测试
    3.3 三轴光纤矢量振动传感器
        3.3.1 三轴光纤矢量振动传感器设计方案
        3.3.2 三轴光纤矢量振动传感器的传感原理
        3.3.3 三轴光纤矢量振动传感器的指向性分析
        3.3.4 三轴光纤矢量振动传感器各轴向串扰分析
    3.4 本章小结
第4章 传感器信号解调系统研究
    4.1 相位生成载波解调技术
        4.1.1 相位生成载波调制技术
        4.1.2 相位生成载波解调原理
        4.1.3 最佳调制深度的选择
        4.1.4 振动信号相位解调实验
    4.2 3×3耦合器解调技术
        4.2.1 3×3耦合器解调原理
        4.2.2 3×3耦合器非理想情况下对解调运算的影响
        4.2.3 解调算法的改进
        4.2.4 改进解调算法实验
    4.3 系统的硬件实现
        4.3.1 激光光源的选择
        4.3.2 光纤耦合器的选择
        4.3.3 光电器件选择及光电探测器设计
        4.3.4 数据采集卡的选择及数据处理
    4.4 本章小结
第5章 光纤矢量振动传感系统搭建与测试
    5.1 实验平台搭建
    5.2 转机测试实验
    5.3 本章小结
第6章 结论
参考文献
致谢
作者简介
攻读硕士学位期间研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]一种3×3耦合器相位解调算法在光纤拾音系统中的应用[J]. 时帅,肖宁.  光通信技术. 2020(03)
[2]振动光纤在铁路沿线边坡报警系统中的应用[J]. 赵旭,连翠玲,王帅.  自动化与仪表. 2019(11)
[3]3×3耦合器解调过程中的偏振分析与处理[J]. 刘俊承,张自超,余波,高峰.  光子学报. 2019(01)
[4]用于干涉型光纤传感器的相位生成载波解调技术研究进展[J]. 刘腾飞,赵海增.  河南科技. 2018(20)
[5]基于3×3耦合器相位解调的光纤声音传感器设计[J]. 吴锋,吴柏昆,余文志,钱银博,何岩.  激光技术. 2016(01)
[6]基于干涉结构的光纤振动传感技术[J]. 唐小华.  建材与装饰. 2015(46)
[7]一种消除伴生调幅影响的PGC解调方法[J]. 王燕,王恺晗,郝彬,张爱玲.  激光与光电子学进展. 2014(01)
[8]干涉型光纤传感器相位载波解调技术研究[J]. 夏东明,娄淑琴,温晓栋,李木群.  光电技术应用. 2011(05)
[9]基于加速度传感的三维光纤矢量水听器实验研究[J]. 熊水东,罗洪,胡永明,孟洲,倪明.  压电与声光. 2005(05)
[10]光纤干涉型传感器原理及其相位解调技术[J]. 裴雅鹏,杨军,苑立波.  光学与光电技术. 2005(03)

硕士论文
[1]Bragg光纤光栅传感及解调系统关键技术研究[D]. 杜洋.长春理工大学 2019
[2]光纤传感器振动系统信号解调技术研究[D]. 张自超.华北电力大学(北京) 2019
[3]基于光纤振动传感技术的相位解调方法研究及硬件实现[D]. 高文智.吉林大学 2018
[4]基于F-P干涉仪的光纤加速度传感器研究[D]. 赵志浩.大连理工大学 2018
[5]F-P声压传感器的PGC解调及复用技术研究[D]. 符浩.哈尔滨工业大学 2018
[6]基于Mach-Zehnder干涉的光纤振动数据采集与分析研究[D]. 崔光磊.长春理工大学 2018
[7]基于矢量传感器的地下振动信号检测技术[D]. 张秋实.哈尔滨工程大学 2017
[8]基于FPGA的双M-Z分布式光纤传感技术研究[D]. 卫扬道.长春理工大学 2017
[9]基于布里渊和瑞利散射的增敏型分布式光纤传感系统[D]. 夏岚.南京大学 2016
[10]光纤光照度与温度传感器的研究[D]. 秦旭辉.山东建筑大学 2016



本文编号：3730819