（测试计量技术及仪器专业论文）用于动态应变测量的光纤布拉格光栅波长解调技术研究.pdf

国内图书分类号 t p 2 1 2 1 4 工学博士学位论文 y i i ii ii ii ii i ii ii t iii l l l y 1813 6 0 5 用于动态应变测量的光纤布拉格光栅 波长解调技术研究 博士研究生 导 师 申请学位级别 学科 专业 所在单位 答辩日期 授予学位单位 张剑 赵洪 工学博士 测试计量技术及仪器 测控技术与通信工程学院 2 0 0 7 年6 月 哈尔滨理工大学 1 c l a s s i f i e di n d e x t p 2 1 2 1 4 d i s s e r t a t i o nf o rt h ed e g r e eo fp h d r e s e a r c ho nf bg w a v e l e n g t hd e m o d u l a t i o n t e c h n o l o g yf o rd y n a m i c s t r a i nm e a s u r e m e n t c a n d i d a t e s u p e r v i s o r a c a d e m i c d e g r e ea p p l i e df o r s p e c i a l t y d a t eo fo r a le x a m i n a t i o n u n i v e r s i t y z h a n gj i a n z h a oh o n g d o c t o ro fs c i e n c e t e s ta n dm e a s u r e m e n t t e c h n o l o g ya n di n s t r u m e n t a t i o n j u n e 2 0 0 7 h a r b i nu n i v e r s i t yo fs c i e n c e a n dt e c h n o l o g y 哈尔滨理工大学博士学位论文原创性声明 本人郑重声明 此处所提交的博士学位论文 用于动态应变测量的光纤布拉 格光栅波长解调技术研究 是本人在导师指导下 在哈尔滨理工大学攻读博士 学位期间独立进行研究工作所取得的成果 据本人所知 论文中除已注明部分外 不包含他人已发表或撰写过的研究成果 对本文研究工作做出贡献的个人和集 体 均已在文中以明确方式注明 本声明的法律结果将完全由本人承担 作者签名 狻逊同期 劢刁年6 月2 了p 哈尔滨理工大学博士学位论文使用授权书 用于动态应变测量的光纤布拉格光栅波长解调技术研究 系本人在哈尔滨 理工大学攻读博士学位期间在导师指导下完成的博士学位论文 本论文的研究成 果归哈尔滨理工大学所有 本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表 本人 完全了解哈尔滨理工大学关于保存 使用学位论文的规定 同意学校保留并向有 关部门提交论文和电子版本 允许论文被查阅和借阅 本人授权哈尔滨理工大学 可以采用影印 缩印或其他复制手段保存论文 可以公布论文的全部或部分内容 本学位论文属于 7 保密曰 在 年解密后适用授权书 不保密口 请在以上相应方框内打 作者签名 搬刻 导师签名 r 期 切t 7 年6 月z 7 r 同期 劲俨多月咖 卜 摘要 摘要 光纤布拉格光栅 f b g 传感器被认为是2 1 世纪最有前途的光纤传感 器件 作为新型的光纤传感器件 它除具有光纤传感器的优点 如抗电磁干 扰 本质安全等 还具有许多独特的优势 传感信息量波长调制 不受光源 光强波动 线路损耗的影响 传感重复性和稳定性好 可方便地实现网络化 测量 其自参考特性使它能够实现绝对测量 在缓变参量测量和网络化传感 技术都已经比较成熟 并且已得到了广泛应用 而在许多场合 非常需要用 f b g 传感器测量快速 瞬态应变或振动 如大型电力设备正常运行时的电 磁振动和故障状态下的瞬态结构应变 由于特殊的电磁环境 以前无法实现 测量 对防爆条件要求苛刻的化工设备故障 储油罐或石油管道的泄露诱导 的瞬态应变或振动监测 需要长距离传输测量信号的海底缆线 石油管道的 健康状况监测 用f b g 实现加速度传感 f b g 传感器用于分析弹道测试引 起的环境波动和在破坏性实验结构破坏引起的振动波等 上述扰动的幅度和 频率信息对研究结构的健康状况 安全性 稳定性和完整性尤为重要 用 f b g 测量快速或瞬态应变 需要高速波长解调方法 这类事件的特点是频 率高 或持续时间短 利用目前常用的扫描解调方法 如法 珀干涉仪 其 扫描频率才干赫兹 根本无法实现千赫兹及以上的解调 不用扫描的无源自 参考解调技术为高速解调的理想选择 本文的主要工作是f b g 动态应变测量的波长 光强转换方式解调方法的 理论分析和实验研究 该方法虽在文献中已有报道 但很多理论和实践问题 没有得到很好的解决 已报导的瞬态应变和振动测量的精度不高 频率较 低 针对目前存在的问题 本文分别利用f b g 和c w d m 光学带通滤波器 的边沿和非平坦化的a s e 功率谱的单调区间实现对传感f b g 的波长解调 建立了光学带通滤波器边缘相关解调方法的解调关系 基于该解调方法 分 别设计 实现了三种f b g 动态应变波长解调系统 对系统特性进行了全面 评价 针对系统存在温度波动造成系统无法工作问题 提出并实现了基于 p i d 的工作点自动跟踪系统的解决方案 同时实现了动态应变和温度参数同 时测量 用多项式拟合相关解调特性曲线 实现了非线性系统测量动态应变 波形重建 有效的减小了非线性失真 本文的主要工作有 1 鉴于光学带通滤波器边缘相关技术是非常理想的f b g 中心波长宽带 解调技术 深入研究了基于f b g 光学带通滤波器边缘的相关解调方法 建 哈尔滨理工大学工学博十学位论文 立了光学带通滤波器边缘相关解调关系 利用f b g 光学带通滤波器边缘相 关解调方法 设计并实现灵敏度高 频带宽 响应时间短的f b g 动态应变 波长解调系统 针对f b g 边缘相关解调方法解调特性曲线的非线性 非线 性失真随被测量的增大而增大 提出用多项式拟合相关解调传递特性曲线 根据系统输出波形实现动态应变波形重建 实时求解被测应变 减小了非线 性失真 在时域和频域分析了系统输出及经波形重建后的应变波形 结果显 示被测应变的非线性失真得到明显改善 利用p z t 作为瞬态应变模拟器 评价了该相关解调系统的动态响应特性 2 基于f b g 光学带通滤波器边缘的相关解调方法实现的系统的动态范 围小 针对匹配f b g 制造困难和温度造成的匹配光栅失配问题 提出参考 f b g 波长自动跟踪方法 该方法大大降低了对匹配f b g 制造技术的要求 提高系统温度稳定性 使系统在宽温度范围内正常工作 并实现动态应变和 测量点温度同时测量 3 提出利用f b g 边缘相关波长解调法的高灵敏度 开发了基于等应变 梁的高谐振频率 高g 值的加速度传感器 具有广阔的应用前景 4 设计用粗波分复用器 c w d m 作为相关滤波器及采用非平坦化 a s e 光源的边缘实现f b g 传感宽带解调系统 实现大测量范围和温度稳定 性好的动态应变测量系统 进行了系统的特性和应用研究 关键词f b g 动态应变测量 自动跟踪 f b g 宽带解调 加速度传感器 i i a b s t r a c t a b s t r a c t f b gi sr e g a r d e da st h em o s tp r o m i s i n gf i b e rs e n s i n ge l e m e n ti n21 恤c e n t u r y a san e w l ye m e 玛e ds e n s i n ge l e m e n t a d d i t i o nt oa l lt h em e r i t se x i s t e di nf i b e r s e n s o r s s u c ha si m m u n et oe l e c t r o m a g n e t i ci n t e r f e r e n c e s a f et of l a m m a b l e m a t e r i a l sn a t u r a l l y e r e s p e c i f i cm e r i t si th a se i t h e r a st h es e n s i n gi n f o r m a t i o n s c o d e di nw a v e l e n g t h t h e ya r en o ti n f i u n c e db yl i g h ts o u r c ei n t e n s i t yf l u c t u a t i o n a n di n t e n s i t yl o s si nl i g h tr o u t e s s e n s i n gc a nb er e a l i z e dw i t hh i h e rp r e c i s i o na n d s t a b i l i t ya n dn e t w o r ks e n s i n gc a nb er e a l i z e de a s i l y a a b s o l u t em e a s u r e m e n tc a n b er e a l i z e df o ri t ss e l fr e f e r e n c i n gc h a r a c t e r i s t i c t h et e c h n i q u ei sm o r em a t u r ei n s t a t i cp a r a m e t e rm e a s u r e m e n t sa n ds e n s o rn e t w o r k s f b gs e n s o r sh a v eb e e n a p p l i e dw i d e l yi nm a n ya r e a s b u ti ns o m ea p p l i c a t i o n s w h e r ef b g s e n s o r sa r e n e e d e dt om e a s u r ep a r a m e t e r sa sv a r y i n gf a s ti nt i m e t r a n s i e n ta n dv i b r a t i o n f o r e x a m p l e t h ee l e c t r o m a g n e t i cv i b r a t i o nm o n i t o r i n gd a i l yo np o w e ra p p a r a t u sa n d t h es t r u c t u r et r a n s i e n ts t r a i nm o n i t o r i n go nf a u l to c c a s i o nw h i c hi sa n a c c e s s i b l e f o rt h eh a r s he l e c t r o m a g n e t i ce n v i r o n m e n tb e f o r e t h et r a n s i e n ts t a i no rv i b r a t i o n i n d u c e db yp e t r o c h e m i c a lf a c i l i t i e sf a u l t sw h e r eh a sar i g o r o u sd a n m a n d i n gf o r e x p l o s i o n p r o o fd e v i c e s t h el e a k a g eo fo i lt a n ko ro i lp i p e l i n e t h eh e a l t hs t a t u s m o n i t o r i n go nc a b l e so ro i lp i p e l i n e so nt h es e a b e dw h e r el o n gd i s t a n c es i g n a l t r a n s f e r r i n g i sn e e d e d a c c e l e r o m e t e r sb a s e do nf b g f b gs e n s o r su s e df o r a n a l y s i so fp e r t u r b a t i o ne v e n t so c c u r r i n gi n e n v i r o n m e n t ss i m i l a rt ob a l l i s t i c t e s t i n g s h o c kw a v e sa r i s i n gd u et os t r u c t u r ef r a c t u r eu n d e re x t r e m ec o n d i t i o n s e t c i ti sm o r ed e s i r a b l et ok n o wt h ea m p l i t u d e sa n df r e q u e n c i e si n v o l v e di nt h e p e r t u r b a t i o no na nf b g a d i r e c tk n o w l e d g eo ft h e i rs p e c t r u mc o n t e n ti sh i g h l y a d v a n t a g e o u s f o r s t u d y i n g t h es t r u c t u r e s t a b i l i t y a n di n t e g r i t ya te x t r e m e c o n d i t i o n s s u c he v e n t sn o to n l yc o n t a i nh i 曲f r e q u e n c i e sb u ta l s oo c c u ri na v e r ys m a l ls p a no ft i m e a l lt h e s ea p p l i c a t i o n si n v o l v e dr e q u i r eav e r yh i g hs p e e d w a v e l e n g t hd e m o d u l a t i o ns c h e m e d e m o d u l a t i o ns c h e m e se m p l o y i n ga c t i v e e l e m e n t ss u c ha sf a b r y p e r o ti n t e r f e r o m e t e r i t ss c a n n i n gs p e e di sw i t hi n k i l o h e r t z t h ef r e q u e n c i e st h a ti tc a nd e a lw i t ha r em u c hl o w e rt h a nt h a t s oa t h i g h e rs p e e d as e l f r e f e r e n c i n gp a s s i v e d e m o d u l a t i o ns c h e m er e q u i r i n gr i o s c a n n i n gi sa ni d e a lc h o i c e i i i 哈尔滨理工大学工学博士学位论文 t h em a i np u r p o s eo ft h et h e s i si st h et h e o r e t i c a la n a l y s i sa n de x p e r i m e n t a l r e s e a r c ho nw a v e l e n g t ht oi n t e n s i t yc o n v e r s i o nd e m o d u l a t i o nm e t h o df o rf b g a p p l i c a t i o ni nd y n a m i cs t r a i nm e a s u r e m e n t t h o u g ht h i sm e t h o dw a sr e p o r t e di n l i t e r a t u r e se a r l i e r b u tm a n yp r o b l e m sb o t ht h e o r e t i c a l l ya n dp r a c t i c a l l ya r ef a r a w a yf r o mi d e a ls o l u t i o n s t h es h o r t c o m i n g sa r eo fl o wp r e c i s i o na n dl o w f r e q u e n c yi nd y n a m i cs t r a i nm e a s u r e m e n t s i no r d e rt oi m p r o v et h i ss i t u a t i o n f b gw a v e l e n g t hd e m o d u l a t i o n sw e r er e a l i z e di nt h r e ew a y s t h a ti sb ym a k i n g u s eo ft h ee d g e so ff b ga n dc w d mb a n dp a s sf i l t e r sa n dt h em o n os e c t i o n so f a n f l a r e n e da s el i g h t s o u r c e r e l a t i o n s h i p so ft h e f i l t e r e d g ec o r r e l a t i o n d e m o d u l a t i o nm e t h o da r ee s t a b l i s h e d f b gw a v e l e n g t hd e m o d u l a t i o ns y s t e m sf o r d y n a m i cs t r a i nm e a s u r e m e n tw e r er e a l i z e da c c o r d i n gt o t h i sm e t h o d t h e p e r f o r m a n c e so ft h es y s t e mw e r et e s t e dt h o r o u g h l y b a s e do nt h ep i dc o n t r o l s t r a t e g y a na u t oo p e r a t i n gp o i n tt r a c k i n gs y s t e ms o l u t i o nw a sp r o p o s e d d y n a m i cs t r a i na n dt h et e m p e r a t u r ew e r em e a s u r e ds i m u l t a n e o u s l y m e a s u r e d s t r a i nw a v e f o r mr e c o n s t r u c t i o nw a sr e a l i z e di nt h en o n 1 i n e a rd e m o d u l a t i o n s y s t e mw i t hc o r r e l a t i o nd e m o d u l a t i o nc u r v ef i r e dw i t hp o l y n o m i a l t h en o n 1 i n e a rd i s t o r t i o nw a sr e d u c e de f f e c t i v e l y t h em a i nc o n t r i b u t i o n so ft h et h e s i sa r e l i s t e db e l o w 1 a st h ef i l t e r e d g ec o r r e l a t i o nd e m o d u l a t i o nm e t h o di sa ni d e a lf b g w i d e b a n dw a v e l e n g t hd e m o d u l a t i o nc h o i c e t h ef b ge d g eb a s e dc o r r e l a t i o n d e m o d u l a t i o nm e t h o dw a sr e s e a r c h e dc o m p r e h e n s i v e l y t h em a t hm o d e lo f e d g ec o r r e l a t i o n d e m o d u l a t i o nm e t h o dw a se s t a b l i s h e d f b gw a v e l e n g t h d e m o d u l a t i o ns y s t e mf o rd y n a m i cs t r a i nm e a s u r e m e n tw a se s t a b l i s h e dw i t h p e r f o r m a n c e so fh i g h e rs e n s i t i v i t y w i d e rf r e q u e n c yb a n da n ds h o r t e rr e s p o n s e t i m ea c c o r d a n c et ot h em e t h o d a st h ef b ge d g eb a s e dc o r r e l a t i o n d e m o d u l a t i o nc u r v ei sa n l i n e a r s ot h e r ei sn o n l i n e a re r r o ri nt h eo u t p u to ft h e s y s t e m t h eh i g h e ro ft h eo u t p u tl e v e l t h eb i g g e ro ft h en o n l i n e a re r r o r i n o r d e rt os e t t l et h i sp r o b l e m d e m o d u l a t i o nc u r v ef i t t e dw i t hp o l y n o m i a lw a s p r o p o s e df o rr e c o n s t r u c t i n gt h em e a s u r e ds t a i nw i t hs y s t e mo u t p u t t h es t r a i n t 0b em e a s u r e dc a nb ec a l c u l a t e do nt i m ea n dt h en o n 1 i n e a re r r o rc a l lb e e l i m i n a t e d t h es y s t e mo u t p u ta n dt h er e c o n s t r u c t e ds t a i ns i g n a lw e r ea n a l y z e d b c l t hi nt i m ea n df r e q u e n c yd o m a i n s t h er e s u l ts h o w e dt h a tn o n 1 i n e a re r r o r so f r e c o n s t r u c t e ds t a i ni m p r o v e dt r e m e n d o u s l y b ym a k i n gu s eo ft h ep z ta s i v r a b s t r a c t t r a n s i e n ts t r a i ns i m u l a t o r t h ed y n a m i cr e s p o n s ec h a r a c t e r i s t i co ft h ef i l t e re d g e b a s e dc o r r e l a t i o nd e m o d u l a t o r w h i c hi sd i s c u s s e di nt h i st h e s i s w a se v a l u a t e d 2 t h ed e m o d u l a t i o n s y s t e m c o n s t r u c t e dw i t ht h ef b ge d g eb a s e d c o r r e l a t i o nd e m o d u l a t i n gm e t h o dh a san a r r o wd y n a m i cr a n g e f o rt h em a t c h i n g f b gm a n u f a c t u r eb e i n gd i f f i c u l ta n dt h em a t c hp o i n td r i f t i n gb e i n gc a u s e db y t e m p e r a t u r ef l u c t u a t i o n a na u t or e f e r e n c ef b gw a v e l e n g t ht r a c k i n gm e t h o d w a sp r o p o s e d t h i sm e t h o dr e d u c e dt h ed e m a n d i n gf o rh i g h e rf b gm a n u f a c t u r e t e c h t r e m e n d o u s l y t h et e m p e r a t u r ep e r f o r m a n c eo ft h es y s t e mw a si m p r o v e da l o te i t h e r t h ei m p r o v e ds y s t e mw i l lb ew o r k i n gn o r m a l l yw i t h i naw i d e r t e m p e r a t u r ef l u c t u a t i o nr a n g e d y n a m i c s t r a i na n dt h et e m p e r a t u r ec a nb e m e a s u r e ds i m u l t a n e o u s l y 3 w i t h h i g h e r r e s o n a n tf r e q u e n c ya n dw i d e rgr a n g e an e wf b g a c c e l e r o m e t e ru n i f o r ms t r a i nc a n t i l e v e rb a s e dw a sd e v e l o p e db ym a k i n gu s eo f t h eh i g h e rs e n s i t i v i t yo ff b ge d g ec o r r e l a t i o nd e m o d u l a t i o nm e t h o d i th a sa p o t e n t i a lm a r k e ti nt h en e a rf u t u r e 4 a n o t h e rt w of b gw i d e b a n dd e m o d u l a t i o ns y s t e m sw e r er e a l i z e db a s e d o nc w d ma n da s el i g h ts o u r c ew h i c hw a sn o tf l a t t e n e d t h es y s t e m sa r ew i t h w i d e rd y n a m i cr a n g ea n dg o o dt e m p e r a t u r ep e r f o r m a n c e s a n dt h ep e r f o r m a n c e s o ft h es y s t e m sw e r ee v a l u a t e dt h o r o u g h l y k e y w o r d s f b gd y n a m i cs t r a i nm e a s u r e m e n t a u t o m a t i ct r a c k i n g f b g w i d e b a n dd e m o d u l a t i o n a c c e l e r o m e t e r v 哈尔滨理工大学工学博士学位论文 目录 摘要 i a b s t r a c t i i i 第1 章绪论 1 1 1 课题研究的目的和意义 1 1 2f b g 传感的基本原理 2 1 3 国内外研究现状 3 1 3 1 可调谐滤波器法 3 1 3 2 干涉法 4 1 3 3 波长相关器件法 5 1 3 4f b g 传感技术应用现状 1 0 1 3 5f b g 动态传感技术研究现状 1 2 1 3 6 课题的主要研究内容 1 4 1 4 本章小结 1 4 第2 章基于f b g 相关解调的动态应变测试系统 1 5 2 1 基于波长相关器件的光栅解调原理 1 5 2 1 1 概j 苤 15 2 1 2 波长相关解调原理 1 6 2 2f b g 光学带通滤波器边缘相关解调原理 1 8 2 3f b g 滤波器边缘相关解调特性曲线求解 2 0 2 4f b g 相关解调系统实验研究与数据处理 2 1 2 4 1 系统组成 2 1 2 4 2f b g 相关滤波器边缘解调系统定标 2 2 2 4 35 0 h z 频率下系统传递特性实验研究 2 6 2 4 4 动态应变波形重建 3 0 2 5f b g 工作点自动跟踪动态应变测量系统 3 3 2 5 1 原理与系统 3 4 2 5 2 实验研究 3 6 2 6 基于等应变梁的f b g 加速度传感器研究 4 2 2 6 1f b g 加速度传感器等应变梁结构设计 4 2 2 6 2f b g 加速度传感器性能测试 4 5 目录 2 6 3f b g 加速度传感器测试实例 一4 7 2 7 误差分析 4 8 2 7 1 系统误差 4 8 2 7 2 漂移误差 4 9 2 7 3 随机误差 4 9 2 7 4 误差校正 5 1 2 8 本章小结 5 2 第3 章基于c w d m 的f b g 相关解调技术 5 3 3 1c w d m 概述 5 3 3 2c w d m 解调原理 5 4 3 3c w d m 边缘相关解调特性曲线的求解 5 5 3 4 实验研究 5 6 3 4 1c w d m 的透射端解调f b g 的特性测试 5 6 3 4 2 基于c w d m 的f b g 波长解调系统 5 6 3 4 3c w d m 的光学特性 5 7 3 4 4c w d m 动态应变测量系统实验 5 8 3 5 本章小结 6 0 第4 章基于a s e 光源的f b g 相关解调技术 6 2 4 1a s e 光源概述 6 2 4 1 1a s e 光源解调原理 6 2 4 1 2a s e 光源谱特性相关解调特性曲线的求解 6 4 4 2 温度传感解调实验及动态应变测量实验 6 5 4 2 1f b g 传感器波长 温度灵敏度系数测定 6 5 4 2 2 温度实验 6 5 4 2 3 动态应变实验 6 6 4 3 利用可调谐法一珀腔实现系统实时校准方法 6 7 4 4 本章小结 6 8 结论 6 9 参考文献 7 1 攻读学位期间发表的学术论文 8 0 致 射 81 哈尔滨理t 大学工学博士学位论文 co n t e n t s a b s t r a c t s c h i n e s e 1 a b s t r a c t e n g l i s h i i i c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 1 1 1p u r p o s ea n ds i g n i f i c a n c eo ft h ed i s s e r t a t i o n 1 1 2 1b a s i cp r i n c i p l eo ff b gs e n s i n g 2 1 3r e s e a r c ha c h i e v e m e n t sw 6 r l d w i d e 3 1 3 1f b gd e m o d u l a t i o nm e t h o dw i t ht u n a b l ef i l t e r 3 1 3 2f b gd e m o d u l a t i o nm e t h o dw i t hi n t e r f e r o m e t e r 4 1 3 3f b gw a v e l e n g t hc o r r e l a t i n gw i t ho p t i c a lc o m p o n e n t s 5 1 3 4a p p l i c a t i o ns t a t u so ff b gs e n s i n gt e c h n o l o g y 9 1 3 5m a i na c h i e v e m e n t so ff b gd y n a m i cs e n s i n g 一1 2 1 3 6m a i nc o n t e n t so f t h ed i s s e r t a t i o n 1 4 1 4s u m m a r y 1 4 c h a p t e r2d y n a m i cs t r a i nm e a s u r e m e n tf b g b a s e dc o r r e l a t i o nd e m o d u l a t i o nl5 2 1f b gd e m o d u l a t i o np r i n c i p l eb a s e do nw a v e l e n g t hr e l a t e dc o m p o n e n t s15 2 1 1b r i e fi n t r o d u c t i o n 15 2 1 2p r i n c i p l eo fw a v e l e n g t hc o r r e l a t i o nd e m o d u l a t i o n 16 2 2d e m o d u l a t i o np r i n c i p l eb a s e do no p t i c a lb a n d p a s sf i l t e r 18 2 3d e m o d u l a t i o nr e l a t i o n s h i pn u m e r i c a lc a l c u l a t i o nw i t hb a n d p a s sf i l t e r e d g e 2 0 2 4e x p e r i m e n t a la n dd a t ap r o c e s s i n go ff b gd e m o d u l a t i o ns y s t e m 21 2 4 1s y s t e ms e tu p 2l 2 4 2s c a l i n go ff b gd e m o d u l a t i o ns y s t e mw i t hf i l t e re d g e 2 2 2 4 3e x p e r i m e n t so ns y s t e mc h a r a c t e r i s t i c su n d e rf r e q u e n c yo f5 0 h z 2 6 2 4 4d y n a m i cs t r a i nw a v e f o i t nr e c o n s t r u c t i o n 3 0 2 5d y n a m i cs t r a i nm e a s u r e m e n ts y s t e mw i t ha u t o m a t i co p e r a t i n gp o i n t t r a c k 3 3 2 5 1p r i n c i p l ea n ds y s t e m 3 4 2 5 2e x p e r i m e n t s 3 6 2 6r e s e a r c ho nf b ga c c e l e r o m e t e rb a s e do nac a n t i l e v e rw i t hu n i f o r m 目录 s t r a i n z 1 2 6 1c a n t i l e v e r w i t h u n i f o f i ns t r a i ns t r u c t u r e d e s i g n o ff b g a c c e l e r o m e t e r z l 1 2 6 2c h a r a c t e r i s t i c se v a l u a t i o no ff b ga c c e l e r o m e t e r 4 5 2 6 3a ne x a m p l eo ff b gc h a r a c t e r i s t i c se v a l u a t i o n 4 7 2 7e r r o ra n a l y s i s z 1 8 2 7 1s y s t e me r r o r 4 8 2 7 2d r i f t i n ge r r o r 4 9 7 3r a n d o me r r o r 4 9 2 7 4e r r o rc o r r e c t i o n 5l 2 8s u m m a r y 5l c h a p t e r3f b gc o r r e l a t i o nd e m o d u l a t i o nt e c h n i q u eb a s e do nc w d m 5 3 3 1c w d mb r i e f i n t r o d u c t i o n 5 3 3 2d e m o d u l a t i o np r i n c i p l eo fc w d m 5 4 3 3d e m o d u l a t i o nr e l a t i o n s h i pn u m e r i c a lc a l c u l a t i o nw i t hc w d me d g e 55 3 4e x p e r i m e n t s 5 6 3 4 1f b gd e m o d u l a t i o nc h a r a c t e r i s t i c st e s tw i t hc w d mp a s se d g e 5 6 3 4 2f b gw a v e l e n g t hd e m o d u l a t i o ns y s t e mb a s e do nc w d m 5 6 3 4 3c w d m o p t i c a lc h a r a c t e r i s t i c s 5 7 3 4 4e x p e r i m e n t sw i t hc w d m d y n a m i cs t r a i nm e a s u r e m e n ts y s t e m 58 5s u m m a r y 6 0 c h a p t e r4f b gc o r r e l a t i o nd e m o d u l a t i o nt e c h n i q u eb a s e do na s e 6 2 4 1a s eb r i e fi n t r o d u c t i o n 6 2 4 1 1d e m o d u l a t i o np r i n c i p l ew i t ha s e 6 2 4 1 2d e m o d u l a t i o nr e l a t i o n s h i pc a l c u l a t i o nw i t ha s e 6 4 4 2e x p e r i m e n t so nt e m p e r a t u r es e n s i n ga n dd y n a m i cs t r a i nm e a s u r e m e n t 6 5 4 2 1w a v e l e n g t h t e m p e r a t u r ec o e f f i c i e n tm e a s u r e m e n tf b g 6 5 4 2 2t e m p e r a t u r ee x p e r i m e n t s 6 5 4 2 3s t r a i ne x p e r i m e n t s 6 6 4 3ar e a lt i m es y s t e mc a l i b r a t i o nm e