基于偏振光干涉的光纤法珀腔长解调系统研究

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1、天津大学硕士学位论文基于偏振光干涉的光纤法珀腔长解调系统研究姓名：李磊申请学位级别：硕士专业：光学工程指导教师：刘铁根2011-12摘要光纤法珀压力传感器体积小，抗电磁干扰，非常适用于航空和石油行业的应用。本论文研究了基于偏振光干涉的光纤法珀腔长解调系统，完成了系统解调模型、电路、固件程序和软件设计，搭建了光纤法珀气压传感实验系统，并进行了气压传感测试实验。主要研究工作包括：1．基于偏振光干涉建立了空间低相干解调模型，分析了入射光参数和偏振光楔参数对光程差分布的影响，并通过理论计算证明实际解调系统的光程差分布符合三次多项式函数，利

2、用实测白光LED的双高斯光谱，结合线阵CCD的光谱响应特性，计算分析了光谱对干涉条纹的影响，计算结果与实验结果吻合较好。2．针对光纤法珀腔长解调系统输出信号的特点，研究并设计了干涉信号采集和数据传输电路：完成了高灵敏度线阵CCD的干涉信号采集电路和信号调理电路，实现了弱信号的隔直、放大和滤波；以CPLD为主控制器，设计了系统的高精度模数转换、异步FIFO数据缓冲、高速USB接口、RS232接口以及与DSP的EMIFA数据交换的硬件电路，电路系统支持的解调速率达到320Hz。3．以CPLD为主控制芯片，利用VerilogHDL语言设

3、计了系统的主控制程序：包括时钟处理，高灵敏度线阵CCD时序，高速A／D采样时序，BUFFER时序，高速USB接口时序，UART接口时序以及DSP的EMIFA控制组合逻辑等模块设计，特别是利用状态机完成了异步FIFO的时序控制，保证解调数据无差错转换和传输。在Keil开发环境下设计了基于FX2的USB固件程序，采用批量数据传输模式，将传感数据高速传向计算机系统。4．搭建了基于偏振光干涉的光纤法珀气压传感解调实验系统，基于带通滤波和高斯拟合算法研究了干涉峰的峰值位置提取。利用高精度气压测试平台进行了气压加载测试实验，实验显示干涉峰值位

4、置与气压为三次多项式拟合关系，验证了解调系统的光程差分布理论分析。实验结果表明，解调速率为60Hz时，系统的测量误差达到O．67％．F．S．。关键词：法布里珀罗偏振光干涉CPLDUSBABSTRACTTheopticalFabry—P6rotcavitysensingtechnologybasedonphasemodulationiswidelyusedindifferentprecisionmeasurementareabecauseit'SnotsensitivetotheintensityandEMI．Buttherelat

5、iveproductsarenotqualifiedtohigh-speedmeasurementduetoitslow．speeddemodulation．Thesolutiontothisproblemcarriedoutthefollowingmaintask：1．Thedemodulationmethodbasedoninterferenceofpolarizedlightsisanalyzed．Theth‘’oreticalmodulebetweentheopticalpathdifferenceandtheparame

6、terofbireffin4entwedgeandincidentangleisbuilt．Theopticalpathdifferenceoftherealsystemi：analyzed．Thedemodulationsystemisdesignedusingwhite-lightLED．Interfen：iIcepatternisanalyzedconsideringboththespectrumofLEDandthespectralImsitivitycharacter．Theexperimentresultsandthe

7、simulationmatchwell．2．11lehardwareforsignalconditioningandtransmissionoftheFabry—P6rotCavity‘『emodulationsystemiscompletedtodetecttheinterferencepattern．Theline-arr{tCCDsensingcircuit，analogsignalconditioningcircuitwithhigh—perfor-mance硼tplifierisdesignedtodetectandco

8、nditionthesignal．TheFIFO，USBinterface，}andUARTisdesignedwithCPLDasthemastertotransmitthedatathePCandDSP．thedemodulationrateo