基于光纤环形腔衰荡强度调制传感技术的研究

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1、国内图书分类号：TP212.1学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文基于光纤环形腔衰荡的强度调制传感技术研究硕士研究生：许艺露导师：孙云旭副教授申请学位：工学硕士学科：物理电子学所在单位：深圳研究生院答辩日期：2012年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP212.1U.D.C:621.3ThesisfortheMasterDegreeinEngineeringREASERCHONANINTENSITY-MODULATEDSENSINGTECHNOLOGYONFIBE

2、R-LOOPRING-DOWNSPECTROSCOPYCandidate：XuYiluSupervisor：AssociateProf.SunYunxuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PhysicalElectronicsAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2012Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈

3、尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要近几十年来，光纤腔衰荡光谱技术逐渐的发展起来，它是具有高灵敏度特性的一种吸收光谱技术。它很好地将光纤传感技术与腔衰荡光谱（CavityRing-DownSpectroscopy,CRDS）技术综合起来。因此，它不仅有光纤传感器和腔衰荡光谱的优点，同时还具有它自身独特的优势。该项技术在很多应用范围均具有良好的前景。如今，它在化学领域、物理领域以及环境领域中都有很广泛的应用。本文提出了一种基于光纤环形腔衰荡光谱的传感系统结构。首先，本文描述了光纤腔衰荡光谱传感系统的传感机理，介绍了强度调制型光纤传感以及光

4、纤微弯强度调制的工作原理，并讨论了光纤腔衰荡光谱传感技术相对于其他传感技术所具备的优越性。其次，在理论分析的基础之上，本文设计了一种波长为1550nm的光纤环形腔衰荡光谱（Fiber-LoopRing-DownSpectrocopy,FLRDS）传感系统研究方案。采用可调激光器和信号发生器加载到电光强度调制器的方法发出脉宽为1µs的光脉冲，经过波长为1550nm的光纤所构成的环形腔后由APD探测器探测，该探测器可探测信号的灵敏度为-50dBm。实验结果表明本论文所设计的环形腔的衰荡时间大约为128µs。而后本文利用光纤的微弯损耗原理

5、制作了一种简易的位移传感单元，并且将其加入到所设计的光纤环形腔衰荡系统中，经过一系列的实验与数据采集，证明了该系统具有良好的实践性和可行性。最后，将一个光纤环形腔增加至两个环形腔，设计了一种基于时分复用的双通道的光纤环形腔衰荡传感系统。并且针对该复用传感系统提出了两种设计方案，然后对这两个方案均进行了Matlab仿真。实验结果表明，这两种方案中的衰荡曲线可以都可以很清晰的在仿真图中区分显示出来，这同时说明了这两种方案均能够很完美地实现对两个不同被测物理量实时测量。但是它们也有一些不同，有各自的优势与缺陷，因此将其应用到实践中去时要根

6、据实际情况选择方案。双通道复用系统的成功仿真引申出了一种多通道光纤环形腔衰荡传感系统的想法，该系统可以同时测量多个不同的物理量。在本论文中，只是详细的研讨了其在设计时需要注意的一些问题。至于对于双通道传感系统的实践验证以及多通道系统的具体设计将会在未来继续进行探索与验证。上述研究表明，所设计的基于光纤环形腔衰荡的强度调制传感系统的方案切实可行，改善了强度调制型传感器受光源波动影响较大的缺点。本论文同时提出了一种可以实现同时对多个不同物理量进行实时测量的方案，经过讨论与研究说明该方案具有良好的实践性。-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论

7、文关键词：光纤环形腔衰荡；传感单元；衰荡时间；时分复用；多通道；位移-II-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInrecentyears,FiberCavityRing-DownSpectrocopytechnologyhasdevelopedquickly.Itisakindofhighsensitiveabsorptionspectroscopywithahighsensivity.ItisconsistedoffibersensingtechnologyandCavityRing-DownSpectroscopy(

8、CRDS)technology.SoithasnotonlytheadvantagesoffibersensorandCRDS,butitsownsuperiority.Thistechnologyhasagoodapplicatio