基于激光调频连续波技术的高精度温度测量系统-光学工程专业论文.docx

Design of a high resolution temperature Measurement System based on Optic Frequency-modulated Continuous-wave TechnologyBy Wanfu ZhengA Dissertation Submitted to China Jiliang UniversityIn partial fulfillment of the requirement For the degree ofMaster of EngineeringChina Jiliang University March, 2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国计量学院 或其他教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解中国计量学院有关保留、使用学位论文的 规定。特授权 中国计量学院 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借 阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：、签字日期： 年月日签字日期：年月致谢“一千个人眼中有一千个哈姆雷特”，用这句话来形容我对研究生生活的感 悟再恰当不过了。在刚入学之时，很多将要毕业的师兄师姐们大发感慨，有说自己虚度了两 年半研究生活的，有说自己一直忙碌却一无所得的，也有说自己在两年半受益 匪浅的。当时懵懂的我对自己的研究生生活既迷茫又憧憬。现在，两年半过去了，即将毕业的我回首这短暂的两年半时光，感慨万千。 在这短短的两年半光阴中，我体验到了成功和失败、忙碌和空闲、坚持和放弃、 犹豫和果断、徘徊和前进、迷失和目标、堕落和奋斗。如此多姿多彩的研究生 生活离不开老师们的指导、同窗好友的帮助和师兄弟师姐妹们的鼓励。千言万 语只化作四个字：感谢你们！曾经，我对自己的职业生涯感到迷茫，这时候，同窗好友与我分享他们的 职业规划，老师们与我分享他们的社会经历，师兄师姐们与我分享他们的工作 心得，帮助我寻找到自己的兴趣爱好，确立自己的目标。当我在实验与学习的过程中遇到难题，无法解决时，我的导师李裔老师和 徐贲老师帮我一步一步分析问题所在，同窗好友帮我一起想解决的方法，师兄 弟和师姐妹们总是会鼓励与支持我，让我每次在放弃的边缘能够坚持走下去。 研究生生活的主题是实验与学习，所以大部分时间是非常枯燥的，遇到一 点挫折堕落的思想便会占据整个大脑，即使强迫自己坚持下去也是于事无补，这时候，与同窗好友们去打打球，或者找个好天气，与师兄弟姐妹们出去玩玩， 适当的放松使学习与实验的效率大大提高。在此，我再次感谢陪伴我一起走过风风雨雨的老师和同学，你们的帮助与 陪伴，让我体验到了充实、丰富和快乐的研究生生活。另外，我要特别感谢我的家人，是他们在背后默默地支持着我，即使他们不 在我的身边，但是他们的关怀与爱护时时刻刻与我相伴。郑万福2015 年 3 月摘要：基于激光调频连续波技术的高精度温度测量系统传统的光纤法布里—珀罗（FPI）传感器主要基于光谱解调（光谱仪与宽带 光源的组合），其温度的测量精度受限于光谱仪的分辨率，测量精度在 1 ℃左 右。本论文提出了一种新型的高精度、低成本解调方案。该技术基于激光调频 连续波（FMCW）原理。FMCW 技术一直被用来解调非本征型的光学位移和位 置传感，本论文首次将它运用于本征型光纤温度传感。本论文首先详细讲解了 FMCW 技术的形成机理和应用方法，接着根据理论 分析搭建了一套完整的实验系统进行实验验证，其中搭建该实验系统是本论文 的难点和重点，它涉及到如下几个重要方面：传感器分析与制作、激光器选择 与测试、高精度温度控制系统的制作、光电探测器的制作、实验数据分析与处 理。然后使用搭建好的实验系统进行温度传感解调实验和传统解调方式的对比 实验，最后通过分析实验结果得出了最终结论：用 FMCW 技术进行光纤温度传 感的解调比传统的宽带光源与光谱仪组合进行光纤温度传感解调，其精度要提 高将近 100 倍。关键词：调频连续波；温度传感；温度控制；光电探测分类号：TP212.1; 535Design of a high resolution temperature Measurement System based on Optic Frequency-modulated Conti