多環(huán)形腔組合瑞利后向散射式光纖轉(zhuǎn)動傳感器.pdf

1、光纖轉(zhuǎn)動傳感器用于檢測目標相對于某一軸轉(zhuǎn)動的角速度，在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實驗中有著廣泛的應(yīng)用。瑞利后向散射式光纖轉(zhuǎn)動傳感器是由A．Kung等人于1997年首次提出的，它是基于單模光纖環(huán)形腔的后向散射特性，屬于非干涉式光纖轉(zhuǎn)動傳感器。這種環(huán)形結(jié)構(gòu)獨有的特點是，當(dāng)發(fā)生瑞利后向散射時，光脈沖信號可以在環(huán)形腔中循環(huán)一段時間。光時域反射計(OTDR)發(fā)出的光脈沖信號沿途產(chǎn)生瑞利后向散射信號，回到OTDR的散射信號強度為同一點散射信號的相干疊加與不同點

2、散射信號的非相干疊加之和。 本文在對前人提出的瑞利后向散射式光纖轉(zhuǎn)動傳感器作充分研究之后，利用多個光纖環(huán)形腔，構(gòu)建了多種環(huán)形腔組合瑞利后向散射式光纖轉(zhuǎn)動傳感器新結(jié)構(gòu)，力求找到比單環(huán)測量轉(zhuǎn)速精度更高的組合結(jié)構(gòu)。 本論文圍繞著所提出的多種組合新結(jié)構(gòu)的輸出特性、系統(tǒng)的可行性和其優(yōu)越性展開深入研究，并選擇三環(huán)的長度分別為1500m、1078m和680m，四個2×2光纖耦合器的耦合系數(shù)分別為95.23％、94.88％、95.26％

3、和95.01％構(gòu)建了測試系統(tǒng)，主要工作可概括如下： (1)分析了瑞利后向散射式光纖轉(zhuǎn)動傳感器的工作原理，計算了單環(huán)瑞利后向散射式光纖轉(zhuǎn)動傳感器的輸出光強。 (2)建立了多環(huán)形腔組合瑞利后向散射式光纖轉(zhuǎn)動傳感器的理論模型。基于單環(huán)瑞利后向散射式光纖轉(zhuǎn)動傳感器原理，推導(dǎo)了各種組合結(jié)構(gòu)輸出散射信號強度的表達式。 (3)通過計算機仿真理論模型，給出了各種組合結(jié)構(gòu)瑞利后向散射式光纖轉(zhuǎn)動傳感器信號的輸出特性，同時改變環(huán)長和分

4、光比兩結(jié)構(gòu)參數(shù)，對比了信號的輸出特性，并對結(jié)果進行了分析，對結(jié)構(gòu)系數(shù)進行了優(yōu)化。 (4)根據(jù)優(yōu)化得到的結(jié)構(gòu)參數(shù)，構(gòu)建了雙環(huán)并聯(lián)、雙環(huán)復(fù)合、三環(huán)串并聯(lián)、三壞復(fù)合的瑞利后向散射式光纖轉(zhuǎn)動傳感器測試系統(tǒng)，并對系統(tǒng)的各種結(jié)構(gòu)進行了標定與測試，對測試結(jié)果進行了分析與處理，驗證了系統(tǒng)的可行性，并同單環(huán)系統(tǒng)進行了比較，使系統(tǒng)性能得到了不同程度的改善。 多環(huán)形腔組合瑞利后向散射式光纖轉(zhuǎn)動傳感器同單環(huán)相比，增加了測試的有效數(shù)據(jù)，使其更有利