基于可调谐法布里—珀罗滤波器的驱动系统设计毕业论文
《2024年基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术的研究》范文
《基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术的研究》篇一一、引言随着现代科技的发展，光纤传感技术已成为众多领域中不可或缺的测量工具。
其中，光纤布拉格光栅（FBG）传感技术以其高灵敏度、高分辨率和抗电磁干扰等优点，在众多应用中脱颖而出。
然而，如何有效地解调FBG传感信号，提高其准确性和稳定性，一直是研究的重要课题。
本文将基于可调谐F-P滤波原理，对FBG传感解调技术进行研究，探讨其工作原理、技术特点以及实际应用中的优化策略。
二、可调谐F-P滤波原理简述可调谐F-P（法布里-珀罗）滤波器是一种利用多光束干涉原理工作的光学器件。
其基本原理是通过改变光在两个反射面之间多次反射和干涉的过程，从而实现对特定波长光的滤波。
可调谐F-P滤波器通过调整其内部参数，如空气间隙或折射率等，可以改变其滤波波长，从而实现与FBG传感器的匹配和解调。
三、FBG传感解调技术的原理与特点FBG传感器是一种基于光纤布拉格光栅的光纤传感器，其工作原理是通过光纤中的光波在光栅处发生布拉格散射，从而实现对物理量的测量。
解调技术则是将FBG传感器测量的信号转换为可用的电信号。
基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术，通过调整F-P滤波器的波长，使滤波器的波长与FBG传感器的布拉格波长相匹配，从而实现对FBG传感器信号的解调。
该技术具有以下特点：1. 高灵敏度：可实现对微小物理量变化的精确测量。
2. 高稳定性：解调过程稳定可靠，不受外界干扰。
3. 抗电磁干扰：适用于高电磁干扰环境。
4. 实时性：可实现快速解调，满足实时监测的需求。
四、基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术的优化策略为进一步提高基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术的性能，我们可以采取以下优化策略：1. 优化F-P滤波器的设计：通过改进F-P滤波器的结构，提高其波长调谐范围和精度，从而更好地匹配FBG传感器的布拉格波长。
2. 引入智能控制算法：通过引入智能控制算法，实现F-P滤波器与FBG传感器的自动匹配和解调，提高解调速度和准确性。
《基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术的研究》范文
《基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术的研究》篇一一、引言随着现代科技的快速发展，光纤传感技术已经成为许多领域中的关键技术之一。
其中，光纤光栅（FBG）传感技术以其高灵敏度、高精度和长期稳定性等优势在许多应用领域得到了广泛应用。
FBG传感解调技术是FBG传感技术的重要组成部分，它直接影响着传感器的测量精度和响应速度。
可调谐F-P（法布里-珀罗）滤波原理为FBG传感解调技术提供了新的思路和方法。
本文旨在研究基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术，以提高FBG传感器的性能。
二、可调谐F-P滤波原理可调谐F-P滤波器是一种利用多光束干涉原理制成的光学器件，通过改变内部空气腔的长度来改变透射光波长，实现滤波功能。
其基本原理是利用两反射面之间的多光束干涉，使得特定波长的光能够通过滤波器，而其他波长的光则被反射或吸收。
可调谐F-P滤波器具有高分辨率、高消光比和快速调谐等优点，因此在光纤通信、光谱分析和光学测量等领域得到了广泛应用。
三、FBG传感解调技术FBG（光纤光栅）是一种利用光纤中的光栅效应制成的传感器，它可以实现对温度、应力、振动等物理量的测量。
FBG传感解调技术是利用光栅的波长编码特性，将物理量的变化转换为光信号的波长变化，再通过解调器将光信号转换为电信号，从而实现物理量的测量。
FBG传感解调技术的关键在于如何准确、快速地获取光栅的波长变化信息。
四、基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术，是将可调谐F-P滤波器与FBG传感器相结合，通过调整F-P滤波器的透射波长，使得F-P滤波器的透射光谱与FBG的反射光谱相匹配，从而实现对FBG波长变化的测量。
该技术具有高精度、高灵敏度、抗干扰能力强等优点，能够有效提高FBG传感器的性能。
五、实验研究本文通过实验研究了基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术。
实验中，我们首先制作了FBG传感器和可调谐F-P滤波器，然后将其相结合进行实验测试。
《2024年基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术的研究》范文
《基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术的研究》篇一一、引言在当代传感技术中，光纤传感因其非接触式测量、抗干扰性强和可长距离传输等特性得到了广泛应用。
特别是基于光纤布拉格光栅（FBG）的传感技术，因其高灵敏度、高分辨率和可重复性，在众多领域中扮演着重要角色。
本文将重点研究基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术，分析其工作原理及在应用中的优势。
二、可调谐F-P滤波器的工作原理可调谐F-P（Fabry-Perot）滤波器主要由两块高反射率膜和光学谐振腔构成。
其工作原理是基于两个平行镜面之间的干涉现象。
当入射光照射在滤波器上时，满足一定波长范围的光将在腔内反复发生反射并相互干涉，从而实现特定的光谱筛选。
三、FBG传感器的解调原理FBG是一种用于光波长调制和测量的器件，其核心原理是布拉格光栅效应。
当光波通过FBG时，特定波长的光会被反射并形成布拉格光栅，而其他波长的光则通过。
通过检测反射光的波长变化，可以获得外部物理量的变化信息。
四、基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术结合可调谐F-P滤波器与FBG传感器，该技术能够实现高效、精准的FBG解调。
在系统中，可调谐F-P滤波器通过调整其工作波长，与FBG传感器中的布拉格光栅进行匹配，从而实现对FBG传感器输出信号的精确解调。
五、技术应用及优势分析1. 精确度高：通过精确调整可调谐F-P滤波器的波长，可以实现高精度的FBG解调。
2. 动态范围广：该技术可应用于多种不同物理量的测量，如温度、压力、应变等。
3. 抗干扰能力强：光纤传感器的非接触式测量和抗电磁干扰特性使得该技术在复杂环境中具有更好的稳定性。
4. 易于集成：该技术可以与其他光纤传感器和光纤网络系统进行集成，实现大规模的分布式测量。
六、应用前景与展望基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术在工业、军事、医疗、环保等领域具有广泛的应用前景。
随着科技的发展和需求的提升，未来该技术将更加成熟，解调速度和精度将进一步提高，应用范围将进一步扩大。
基于可调谐法布里—珀罗滤波器的光纤光栅解调技术研究
基于可调谐法布里—珀罗滤波器的光纤光栅解调技术研究光纤光栅(fiber Bragg grating,FBG)是近几年发展最为迅速的光纤无源器件之一。
光纤光栅作为传感元件具有其它传感器无可比拟的优点。
FBG传感器结构紧凑,易于集成和埋覆测量,对传感信息采用本征性波长编码,免受电磁噪声和光强波动的干扰,并且便于采用复用(波分、时分、空分)技术实现对多种传感量(应力、温度等)的准分布式多点测量,在民用、航空、船舶、电力和石油等领域的安全监测方面有着广泛的应用前景。
目前,FBG传感解调的方法和装置包括非平衡马赫—曾德干涉仪法、边缘滤波器法、匹配FBG滤波器法和可调谐法布里—珀罗(Fabry-Perot,F-P)滤波器法等。
其中,可调谐F-P滤波器法通过微驱动器调谐腔长扫描传感FBG,具有灵敏度高、调谐范围大等优点更适用于多点扫描。
因此本文对可调谐F-P滤波器解调方法进行了较为深入的研究。
本文研究了端面光吸收损耗,有限多光束干涉及反射平板不平行对F-P滤波器光学性能的影响,提出了可调谐F-P滤波器的参数范围和设计要求。
通过仿真实验设计了基于磁场梯度力的微位移驱动器和基于电场力的微位移驱动器。
分析了基于超磁致伸缩材料(giant magnetostrictive material,GMM)和基于压电陶瓷(piezoelectric,PZT)微位移驱动技术的特点,确定了微位移驱动方案。
设计了一种可调谐F-P滤波器结构,利用该结构能够实现对FBG传感器的解调功能。
为了消除可调谐F-P滤波器腔长随温度漂移的影响,降低系统复杂性,通过有限元方法对可调谐F-P滤波器结构的温度稳定性进行了研究。
首先通过实验测得可调谐F-P滤波器结构的温度—腔长变化曲线,与有限元分析软件仿真得到的温度—腔长变化曲线对比确定了有限元模型和有限元计算方法的可行性,然后建立了基于复合结构(因瓦合金、碳钢)的低温度漂移有限元模型,应用低热膨胀系数的因瓦合金补偿了PZT模块的热膨胀差异。
法布里-珀罗滤波器的锯齿波驱动技术
法布里-珀罗滤波器的锯齿波驱动技术吴伟伟;余有龙;李勋涛;吴文斌【摘要】The working principle of the tunable Fabry-Perot （F-P） filter is analyzed, and the driving circuit of the filter is designed. In the experiment, a sawtooth wave is obtained by using a digital circuit, which is amplified by an analog circuit. Thus the duty cycle of the rising edge of the sawtooth wave can amount to 99.90%. And its frequency can be adjusted from 0 to 50 Hz. Both the amplitude of the output voltage and offset can be adjusted from 0 V to 30 V. To sample and search the signal and peak more easily, the applied voltage is rectified by using the cu- bic fitting algorithm in a free spectral range. Experiment results show that the standard error and the maximum error of the tuning wavelength are reduced by 62. 7% and 80. 1%, respectively.%分析了可调法布里-珀罗滤波器的工作原理，设计了扫描滤波的驱动电路。
基于MEMS技术的Fabry-Perot腔可调光学滤波器研究
基于MEMS技术的Fabry-Perot腔可调光学滤波器研究可调谐光学滤波器是现代光通信系统和传感器网络的关键器件，利用微机电系统(MEMS)技术的法布里—珀罗(Fabry-Perot)腔可调光学滤波器以其体积小、性能高、成本低等优点成为众多解决方案中有力的竞争者之一。
本论文以该类型滤波器为研究对象，从理论与实际工艺制备等方面对其进行了探索。
论文阐述了F-P干涉仪的一般理论，利用矩阵法计算了多种的四分之一波堆光学介质薄膜的反射率和反射相移。
以此为基础，较为系统地研究了高反射镜面的反射相移及其色散对短腔长的F-P干涉仪光学性能的影响。
首次从理论上解释了由高反射镜面的反射相移和色散导致的短腔长的法布里—珀罗干涉仪自由谱域缩短效应，并由实验得到了验证。
论文研究将压电驱动精密、稳定的特点同MEMS批量制造优势相结合，自主设计了一种新型的压电驱动F-P腔可调光学滤波器，设计中采用了独特的阻挡块结构将两镜面的平行度保持在一个合适的范围。
制备中先后尝试了普通硅片湿法腐蚀工艺、选择性外延工艺和利用SOI材料制作三种路线方案。
本论文首次利用湿法腐蚀工艺制备了F-P腔。
经测试其插入损耗约为8dB，半波宽1.5～2nm，精细因子在50以上，两镜面无需静电调节机构即可保持良好的平行度。
本论文在国内首先开展了选择性外延工艺在MEMS领域的前期研究，尝试利用选择性外延工艺制作法布里—珀罗腔光学器件，总结了在选择性外延工艺当中的一些重要现象和效应，包括一些尚未见文献报道的现象。
本论文利用SOI硅片制备了新型的压电驱动F-P腔体可调光学滤波器并进行了初步的光学测试。
在制备中笔者利用简单的各向异性湿法腐蚀工艺和金属溅射(或真空蒸发)工艺实现了将电极从硅片的一面引到另一面，该电极导引方法在本实验之前未见相关报道。
经初步测试可调滤波器的插入损耗约为8dB，半波宽5nm，加电驱动后透射峰值//摘要波长移动量可达2压un。
笔者对实验结果进行了分析，对下一步的工作进行了展望，确定了改进方向与措施。
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摘要摘要光纤光栅(fiber Bragg grating，FBG)是近几年发展最为迅速的光纤无源器件之一。
光纤光栅作为传感元件具有其它传感器无可比拟的优点。
FBG传感器结构紧凑，易于集成和埋覆测量，对传感信息采用本征性波长编码，免受电磁噪声和光强波动的干扰，并且便于采用复用(波分、时分、空分)技术实现对多种传感量(应力、温度等)的准分布式多点测量，在民用、航空、船舶、电力和石油等领域的安全监测方面有着广泛的应用前景。
目前，FBG传感解调的方法和装置包括非平衡马赫一曾德干涉仪法、边缘滤波器法、匹配FBG滤波器法和可调谐法布里一珀罗(Fabry．Perot，F-P)滤波器法等。
其中，可调谐F-P滤波器法通过微驱动器调谐腔长扫描传感FBG，具有灵敏度高、调谐范围大等优点更适用于多点扫描。
因此本文对可调谐F-P滤波器解调方法进行了较为深入的研究。
本文研究了端面光吸收损耗，有限多光束干涉及反射平板不平行对F-P 滤波器光学性能的影响，提出了可调谐F-P滤波器的参数范围和设计要求。
通过仿真实验设计了基于磁场梯度力的微位移驱动器和基于电场力的微位移驱动器。
分析了基于超磁致伸缩材料(giant magnetostrictive material，GMM)和基于压电陶瓷(piezoelectric，PZT)微位移驱动技术的特点，确定了微位移驱动方案。
设计了一种可调谐F-P滤波器结构，利用该结构能够实现对FBG 传感器的解调功能。
为了消除可调谐F-P滤波器腔长随温度漂移的影响，降低系统复杂性，通过有限元方法对可调谐F-P滤波器结构的温度稳定性进行了研究。
首先通过实验测得可调谐F-P滤波器结构的温度一腔长变化曲线，与有限元分析软件仿真得到的温度一腔长变化曲线对比确定了有限元模型和有限元计算方法的可行性，然后建立了基于复合结构(因瓦合金、碳钢)的低温度漂移有限元模型，应用低热膨胀系数的因瓦合金补偿了PZT模块的热膨胀差异。
仿真研究表明，复合结构消除了温度漂移现象。
为了准确测定解调系统输出信号的峰值发生时间，需要滤除噪声，恢复输出信号，因此对信号重建算法进行了研究。
通过对系统输出信号的频谱分析，确定了噪声的频率范围，设计了基于凯泽窗的数字低通滤波器。
针对低燕山大学本科生毕业设计（论文）通滤波后依然存在噪声导致信号失真的问题，根据FBG的反射谱特性对信号进行了局部高斯拟合，保证了求取峰值时间的准确性。
分析了串联型和并联型的实时校正方案，选择并完善了并联型方案。
最后设计了一种基于可调谐F-P滤波器的多点FBG解调系统，此系统根据48个参考点采用快速分段算法确定PZT驱动电压一波长函数，使用此函数实时校正微驱动器件的非线性误差以及可调谐F-P滤波器的结构性误差，从而能够提高系统的测量精度。
此外，设计了以现场可编程门阵列(field programmable gatearray，FPGA)为核心的后续电路单元，将解调系统的控制、滤波计算和数据压缩等电路集成在FPGA芯片内部，保证了系统的实时性。
关键词法布里一珀罗滤波器；光纤光栅传感器；解调；数字信号处理错误！未找到引用源。
摘要AbstractFiber Bragg gratings are one type of developing fast passive fiber devices in recent years．As sensing element，they encode the sensing information in a wavelength form，which are their distinguished advantages over other transducers．FBG sensors have the characteristics of compact structure，easy to integrate and bury．Also they are modulated by wavelength and immune to electromagnetic interference and light intensity fluctuation．Multi-sensing like stress and temperature sensing are achieved by wavelength，time and space division multiplexing technologies．FBG sensors are mainly applied in the fields of civilian，aviation，ship，electric power and petroleum．Many demodulation techniques and methods for FBG sensors have been reported such as the fiber unbalanced Mach-Zehnder interferometer，edge filters，and matched fibre gratings filters and tunable fiber Fabry-Perot(F-P)interferomcter．Due to the advantages of high sensitivity,wide tunable range，the fiber F-P interferometer demodulation uses micro-driving device to change the microcavity for scanning spectrum of the FBGs，which is more sutable for multi-point demodulating．Therefore，a FBG demodulation method based on the tunable fiber F-Pinterferometer is deeply studied．Absorption loss in the fiber interfaces，effects of the finite multi-beam interference and the unparalleled reflection plates on the F-P interferometer performance are given here．Then the parameters and design requirements of the tunable F-P interferometer are presented．A driver based on gradient magnetic field force and a driver based on electric field force are designed by simulation experiments．The micro-displacement driver is designed on the base of analyzing the features of giant magnetostrictiVe material(GMM)and piezoelectric(PZT) Micro-displacement drivers．In this thesis，a tunable F-P interferometer structure is designed to demodulate FBG sensors．Aim at keeping the temperature stability of the F-P microcavity length and decreasing the system complexity,an F-P燕山大学本科生毕业设计（论文）interferometer structure with low temperature drift is studied by using the ANSYS software．Firstly,according to the experiments，the temperature-length curve of the F-P microcavity is built．The feasibility and correctness of the finite element modeling simulation are verified by contrasting the experiments and simulation curves．Then a new structure of low temperature drift F-P interferometer is designed by using the composite materials(Invar alloy and carbon steel)，which compensate the thermal expansion differences of the PZT module．Simulating results show that the composite structures eliminate the temperature drifts．In order to get the accurate time of the output signal peak of the demodulation system，signal reconstracting arithmetics are presented to filter the noises．By analyzing the frequency spectrum of the output signal，we get the frequency range of noises and design a low-pass digital filter using Kaiser window．Because the low-pass digital filter can’t filter the noise completely,local Gaussian fitting filter is designed according to the spectral reflective characteristics of FBG.Series and parallel correction methods are analyzed，and we choose and imprvove the parallel one.A multi-point FBG sensor demodulation system based on the tunable F-P interferometer is built.The PZT driving voltage-wavelength function is built according to the 48 reference points using fast method．This system can calibrate the nonlinear problems of the micro-displacement driver and the structural errors of tunable F-P interferometer in real-time,that is to say，the measurement precision is improved.Furthermore,circuits by using field programmable gate array(FPGA)as core device are designed,which integrates control circuits,data compression circuits and filter circuits in one FPGA chip and ensures the system work in real-time．Keywords Fabry-Perot interferometer,fiber Bragg grating sensor,demodulation，digital signal processing毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。