论文部分内容阅读
光纤传感技术由于体积小、重量轻、抗电磁干扰等特点在近些年得到了飞速的发展,可通过它来实现高精度、高灵敏性、超长距离的高性能传感功能,因此被广泛应用于桥梁、大坝、高层建筑等土木结构的监测。但由于传统光谱解调的光纤传感系统成本高、解调速度慢等缺陷限制了它的应用范围,因此如何进一步提升光纤传感技术的性能成为众多学者的研究方向。微波光子学的出现将微波信号与光信号联系起来,通过微波信号调制光载波可实现抗电磁干扰、高容量传输的微波光子传输系统。将光纤传感技术与微波调制技术相结合可以充分发挥光传感高灵敏性的特点与微波解调速度快的优点,并且通过微波解调技术更容易实现高精度的强度解调,此外基于微波域的光纤传感结构与传统光纤传感结构相比具有较高的稳定性,不易受外界环境干扰。本文将微波调制技术与光纤干涉结构相结合提出了两种光纤应力、温度传感方案:(1)设计了一种基于微波域非平衡Mach-Zehnder干涉结构的光纤应力、温度传感方案,利用光纤光栅作为传感单元,将施加于光纤光栅的应力/温度大小转化为微波信号的相位变化,分别通过频谱与强度解调将施加应力/温度大小解调出来。最终在应力测量范围为0-1000με时传感灵敏度分别达到0.017MHz/με,0.00065dB/με,在温度测量范围为20-70?C时传感灵敏度分别达到0.0891MHz/?C,0.00108dB/?C。(2)设计了一种基于单通道微波光子滤波器的光纤温度传感方案,利用迈克尔逊干涉仪的一臂作为传感单元,通过由温度改变导致光域干涉谱FSR的变化转化为微波信号中心频率的变化,在测量范围为20-60?C时传感灵敏度达到15.35MHz/?C,其线性拟合度可达0.9993,此外分析了影响该系统传感灵敏度的因素,通过实验与理论分析了影响微波信号性能的因素,提出了进一步优化的方案。