基于PCF的光纤水听器设计与实现

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随着现代科学技术的不断发展,传感器已经深深的融入到人们日常的生活中,成为人类获得信息不可缺少的部分。其中光纤传感器因其具有特殊的优势特点,受到了人们普遍的重视。光纤传感器是多用途传感器,可用于多种类型的测量,例如旋转,温度,应变,应力,振动,声学和压力等。光纤传感器可分为强度、相位、频率或偏振传感器。光纤水听器在声学传感器中作为传感元件使用。其优点包括重量轻,高灵敏度,动态范围大,不导电,抗电磁干扰性,稳定性,并且能多功能感测多种变化。微结构光纤已经成为研究者们广泛研究的主题。由于微结构光纤具有独特的性能和灵活的设计,使得常规的光纤已经无法代替。而其中被最为广泛研究的领域是光纤水听器。其中一个新的研究领域是用空心光子带隙的光纤(PCF)来代替常规的单模光纤(SMF)来提高光纤水听器声压的标准响应(NR)。然而,空心光子带隙光纤(HC-PBF)是否能够实现提高水下声压灵敏度仍然具有争议,因此,本文的主要目的就是验证光子晶体光纤的灵敏度和信噪比是否高于普通单模光纤。  本文提出了针对微结构光纤在高性能光纤水听器系统应用方面的评估建议。高性能的光纤水听器系统的主要要求是根据与现有的传统的声音导航和测距(声纳)技术相比较提出的。针对不同调制方式的分类对于每一种光纤水听器都进行了介绍,提出了光纤水听器不可避免的偏振衰落的问题及解决方案,并给出了解调方案---PGC零差系统检测。研究了光子晶体光纤的分类及自身的优势特性,讨论了基于常规的单模光纤和光子晶体光纤在水听器系统使用方面的性能比较。  通过分别应用空心光子带隙光纤以及传统的普通单模光纤作为光纤水听器感测原件的性能比较,提出了两点假设:假设1,光子晶体光纤的灵敏度要高于普通的单模光纤;假设2,采用光子晶体光纤会提高光纤水听器的信噪比。并针对这两点假设设计光路及解调电路板,采集数据并进行比较。实验时分别采用光子带隙光纤(PCF)和普通的单模光纤SMF作为迈克尔逊干涉仪的测量臂,另一根光纤即为参考臂,分别进行两组实验。将两种光纤缠绕在两个一模一样的压电陶瓷PZT上(缠绕的匝数相同)。通过在PZT加载一定幅值和频率的正弦交流信号来模拟声压信号,改变干涉仪的干涉光相位差,经过后续PGC检测系统即可解调出模拟声压信号,通过A/D采集,将数据采集到上位机,利用matlab软件画图分析,最后验证两个假设的正确性。
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