1、本科毕业设计（论文）基于 F-P 滤波器光纤光栅振动解调系统的设计燕 山 大 学2013 年 6 月 本科毕业设计（论文）基于 F-P 滤波器光纤光栅振动解调系统的设计学院（系）： 电气工程学院 专 业：电力系统及其自动化学生 姓名： 学 号： 指导 教师： 答辩 日期： 201 燕山大学毕业设计（论文）任务书学院： 电气工程学院 系级教学单位：电力工程系 学号 1学生姓名专 业班 级 电力工程题目名称 基于 F-P 滤波器光纤光栅振动解调系统的设计题目性质1.理工类：工程设计 （） ；工程技术实验研究型（ ） ；理论研究型（ ） ；计算机软件型（ ） ；综合型（ ）2.管理类（ ） ；3.外
2、语类（ ） ；4.艺术类（ ）题目类型 1.毕业设计（ ） 2.论文（ ）题目题目来源 科研课题（ ） 生产实际（ ） 自选题目（ ）主要内容1. 应用模耦合理论建立光纤光栅的数学模型2. 掌握光纤光栅传感模型的建立方法3. 掌握光纤光栅振动解调系统的构成及原理4. 掌握基于 F-P 滤波器光纤光栅解调系统的原理和构成5. 掌握 2*2 3*3 耦合器的原理6. 对所设计的光栅振动传感解调系统进行仿真研究基本要求1遵守毕业设计期间的纪律，按时参加答疑；2独立完成设计任务，培养基本的科研能力；3设计说明书一份（不少于 2 万字） ，A1 图纸一张；英文资料翻译不少于3 千字；说明书要求条理清晰、
3、文笔通顺，符合毕业设计撰写规范的要求；论文、图纸中的文字符号符合国家现行标准；4完成相关仿真实验并反映在论文中，以附件的形式给出编写的程序清单。参考资料1.参考书：Fiber Bragg Grating 、 光电检测技术等。2.期刊：中国激光 、 光学学报 、 光子学报 、 光电子激光 、Electronics Letters 、 Photonics Technology Letters等周 次 第 14 周 第 58 周 第 912 周 第 1316 周 第 1718 周应完成的内容查阅收集相关资料，对研究内容进行初步学习提出设计原理及设计方案光纤光栅振动解调系统的设计与研究完成论文初稿及修
4、改撰写论文，准备答辩指导教师：滕峰成职称：副教授 年 月 日系级教学单位审批：年 月 日摘要I摘要光纤光栅（fiber grating）最近几年发展迅速，其在传感方面的应用研究引起了人们广泛的关注。随着光纤传感技术的发展，光纤光栅传感器以其耐腐蚀、高绝缘性等优点，受到了世界范围内的广泛重视，其在土木工程、航空航天等领域也取得了广泛应用。本文主要对光纤光栅（FBG）振动传感系统进行研究，重点讨论了基于 F-P 滤波器的解调方案。具体内容如下：对光纤光栅从发展动态、分类和光纤光栅传感器的研究现状、存在的问题等方面进行了详细的叙述。利用模耦合理论建立了光纤光栅的数学模型。从光纤光栅的传输理论出发，对
5、光纤光栅的轴向应变特性、温度特性进行了详细的理论分析，推证了相应的传感模型。介绍了几种光纤光栅传感技术，并确定了可调谐 F-P 滤波法为解调方案。详细介绍了解调方案的工作原理，对其中的 22 和 33 耦合器构成M-Z 干涉仪进行光纤光栅波长解调的方法进行了研究，建立了相关的系统传感模型，进行了相关的理论分析，得到了相关的数学方程，为写MATLAB 程序提供了参考依据。对基于可调谐 F-P 滤波法的光纤光栅振动解调方案进行了 MATLAB仿真，对所进行的理论分析和设计进行验证。关键词 光纤光栅；振动解调；可调谐 F-P 滤波器燕山大学本科生毕业设计（论文）IIAbstractFBG (fibe
6、r grating) has developed rapidly in recent years, and its sensing application research has aroused widespread concern. With the development of optical fiber sensing technology, optical fiber grating sensor received extensive worldwide attention, because of the advantages of its corrosion resistance,
7、 high insulation. Optical fiber grating sensor has achieved a wide application in the fields of civil engineering, aerospace and other fields. This article focuses on fiber Bragg grating (FBG) vibration sensor system research, also focuses on the F-P filter-based demodulation scheme. Including the f
8、ollowing:Make detailed description of fiber grating from the development of fiber grating dynamic, classification and fiber grating sensor research status, and other aspects of the problems.Make the mathematical model of fiber grating using the mode coupling theory. Based on the transmission of the
9、fiber grating theory, make detailed theoretical analysis of axial strain on fiber grating temperature characteristics, and deducted the corresponding sensor model.It describes several fibers grating sensing technologies, and identified tunable F-P filter method as the demodulation scheme. Introduces
10、 the working principle of the modulation scheme, on which the 2 2 and 3 3 coupler is constituted to M-Z interferometer wavelength fiber grating demodulation methods for the study of the sensing system and established a model for the relevant theoretical analysis, the relevant mathematical equations,
11、 to write MATLAB program to provide a reference.Make the MATLAB simulation program of F-P tunable filter based on fiber grating vibration demodulation method, and make verification of the theoretical analysis and design carried on.Key words Fiber Bragg grating; Vibration demodulation; Tunable F - P
12、filterIII目录摘要 .IAbstract.II第 1 章 绪论 .11.1 课题研究的背景与意义 .11.2 光纤光栅的发展动态 .21.3 光纤光栅的分类 .31.3.1 均匀周期光纤光栅 .31.3.2 非均匀周期光纤光栅 .41.4 光纤光栅传感器的研究现状 .51.5 本文的主要工作 .6第 2 章 光纤光栅的传感原理 .72.1 光纤光栅的理论模型 .72.2 光纤光栅的基本理论 .72.2.1 耦合模理论 .72.2.2 传输矩阵法 .102.2.3 傅立叶变换法 .112.3 光纤光栅的传感原理 .122.3.1 光纤光栅的应变传感特性 .122.3.2 光纤光栅的温度传
13、感特性 .142.4 本章小结 .14第 3 章 光纤光栅振动解调系统的设计 .153.1 光纤光栅的解调方案 .153.1.1 光谱仪检测法 .153.1.2 边缘滤波器法 .163.1.3 匹配光栅法 .173.1.4 非平衡 Mach-Zehnder 干涉法 .183.1.5 可调谐 F-P 滤波法 .19IV3.2 光纤光栅振动解调系统的设计 .203.2.1 光纤光栅振动解调系统 .203.2.2 系统解调原理 .213.3 光路设计 .233.3.1 宽带光源 .233.3.2 光纤耦合器 .243.3.3 F-P 腔 .243.3.4 可调谐 F-P 滤波器 .263.4 本章小结 .27第 4 章 MATLAB 仿真 .284.1 振动解调系统参数的标定 .284.1.1 光纤 M-Z 干涉仪参数的标定 .284.1.2 耦合器参数的标定 .284.2 MATLAB 仿真 .294.2.1 MATLAB 程序仿真 .294.2.2 运用实验数据仿真 .324.3 本章小结 .37结论 .38参考文献 .39致谢 .41附录 .42附录 1 .43附录 2 .45附录 3 .46附录 4 .49附录 5 .50
