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光纤光栅法布里—珀罗传感系统光学增敏技术研究
光纤光栅法布里-珀罗(FBG-FP)传感系统因其结构简单、可靠性高等优点在
光纤传感领域占有越来越重要的地位。光纤加速度计、光纤矢量水听器等光纤传
感器由于尺寸和机械谐振的制约,不能从机械结构上实现小尺寸的高灵敏度传感。
论文基于匹配干涉的光纤光栅法布里-珀罗腔传感系统,采用多次反射光脉
冲提高传感光程的光学手段,实现了FBG-FP传感系统性能大幅度提升。论文主要
创新点和成果如下:1.分析了FBG-FP光学增敏传感系统各个参数的优化设计方
案,理论和实验研究了1~9阶匹配干涉的传感性能,验证了该系统具有提高
FBG-FP传感系统灵敏度和分辨率水平的能力。
2.提出了二次声光斩波、放大、滤波处理新技术,该技术解决了高倍增敏传
感时存在的光功率衰落和不均衡问题,成功突破了常规FBG-FP光学增敏传感系
统的增敏极限,将20倍增敏的本底噪声降低约11dB。3.提出了有源FBG-FP增
敏传感新技术,该技术不仅能够解决高倍增敏时存在的光功率衰落和不均衡问题,
而且具有更高的系统集成度和更低的成本。
理论分析了有源FBG-FP的噪声性能和高阶脉冲均衡输出能力。将有源
FBG-FP技术用于高倍增敏传感,实现了30倍增敏传感。
4.从理论上研究了单路FBG-FP增敏传感系统和时分复用FBG-FP增敏传感系
统的串扰问题。分别对串扰来源、大小、频谱进行研究,得出抑制串扰的系统设
计方法。
通过仿真计算、两基元系统和三基元系统对串扰理论进行验证,实现了串扰
小于-40dB的时分复用FBG-FP增敏应变传感。5.研制了FBG-FP增敏传感的光
纤加速度计和光纤矢量水听器。
增敏后的光纤加速度计灵敏度提高了18超过25dB,分辨率水平改善超过
15dB。增敏后的光纤矢量水听器灵敏度提高了4倍且具有优良的指向性。
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