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2025/12/23 13:15:30 网站建设 项目流程

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task : 基于CFBG和可调谐光电振荡器的温度无关高灵敏度应变测量系统

引言

该研究提出了一种基于啁啾光纤布拉格光栅(CFBG)和频率可调谐光电振荡器(OEO)温度不敏感的应变测量方法。该系统包含一个由非相干宽带光源和迈克尔逊干涉仪构成的微波光子滤波器。光源的宽带优势得以保持,从而实现了窄带微波光子带通滤波器。CFBG的色散可以将应变诱导的波长漂移转化为信号传输延迟的变化。

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施加的应变最终可以转化为OEO的振荡频率,其频移量与CFBGs的色散系数成正比。这使得通过观察OEO的振荡频移可以实现高灵敏度和温度无关的应变测量。实验结果表明,测量灵敏度为1.8 MHz/μεCFBG色散系数为33.3 ps/nm。此外,当温度从30℃-90℃时,振荡信号几乎保持稳定。

系统结构与工作原理

系统由不相干宽带光源、迈克尔逊干涉仪、相位调制器、色散补偿光纤、光电探测器和电放大器等组件构成。

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宽带光源->滤波和偏振->迈克尔逊干涉仪->相位调制器->色散补偿光纤->光电探测器->电信号->电放大器放大->相位调制器,形成OEO环路。

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应变->CFBG波长偏移->信号传输延迟->干涉仪的路径差->OEO振荡频率

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实验验证与性能分析

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图3a展示了迈克尔逊干涉仪在无应变和室温条件下的输出光谱,FSR0.16nm,表明干涉仪工作正常;

图3b和3c分别展示了OEO在不同频率跨度下的振荡信号频谱,中心频率为3.2392GHz,边模抑制比为26dB,表明OEO环路工作稳定,能够产生清晰的振荡信号;

图3d为OEO产生的振荡信号的相位噪声。

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图4a不同应变条件下的OEO振荡频谱,在不同应变条件下(从0-1333.33µε),OEO的振荡频谱变化。随着应变的增加,振荡频率线性增加;

图4b振荡频率偏移与应变的关系。

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图5:振荡频率与应变的重复性测试,在应变增加和减少过程中,OEO振荡频率与应变的关系,两条曲线几乎重合,系统具有良好的重复性。

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图6a:不同温度条件下的OEO振荡频谱,随着温度的增加,振荡频率略有变化;

图6b:振荡频率和峰值功率与温度的关系,最大频率漂移17.13MHz,对应的应变误差为9.11 µε

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不同的方法在各项性能指标上各有优劣,本文提出的方法在解决温度交叉灵敏度的同时,在灵敏度和测量范围上也达到了较好的平衡。

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