基于多级衍射及自适应补偿的光纤光栅传感器解调技术

解调技术是决定光纤光栅传感解调系统速率、精度、容量等性能的关键因素。提出一种基于线阵光电探测器成像原理的光纤光栅传感器解调方案,通过多级衍射,结合弱曝光自适应超频技术和FPGA并行数据处理技术,实现了对传感信号的快速解调,同时可以实现对级联型光纤光栅传感器和长周期光纤光栅传感器信号的解调。使用温度、应力敏感光纤光栅传感器对搭建的铁路桥模型进行监测,实验结果表明,光纤光栅传感系统的解调精度可以达到10 pm量级,系统可测量光谱范围达50 nm,提高了传感系统的解调速率和精度,同时实现了光纤光栅解调设备的微型化。     

光纤光栅传感解调系统控制电路的比较与分析

寻求一种低成本、高性能的光纤光栅传感系统的解调方案是实现光纤光栅传感器实用化的关键技术之一。介绍了光纤光栅传感器的基本传感原理,给出了国内外提出的几种典型的解调方案,并重点分析和比较了其工作机理和性能,最后,总结了几种解调方案的优缺点,指出其发展方向,为光纤光栅传感解调系统的设计提供了依据。     

线双折射对光纤光栅磁场传感器性能影响的理论分析

本文介绍了基于偏振效应的光纤光栅磁场传感器的工作机理。利用光纤光栅的偏振效应测量磁场可以克服以前传统测量磁场使用磁致伸缩材料不适合测量瞬态磁场的缺点,而且在传感头的设计上能够更加灵活。在传感头设计中,由于光纤本身存在的线双折射会对测量结果带来影响,为了明确双折射对光纤光栅磁场性能的影响,提高测量系统的准确爱,文中利用琼斯矩阵对光纤固有线双折射对传感器的测量特性的影响进行了理论推导和仿真分析,分别对稳态磁场和瞬态磁场受双折射的影响进行了仿真分析,为基于偏振效应的光纤光栅磁场传感器下一步实验研究提供了理论参考。     

光纤光栅传感系统的现状及发展趋势

介绍了光纤光栅传感系统的构成,分析了光纤光栅传感系统所用的3种不同的光源LED,LD和掺铒光源的性能,阐述了光纤光栅传感器的工作原理和各种不同的温度和应力的区分测量方法,描述了滤波法、干涉法、可调窄带光源法等几种常用的信号解调技术,最后,提出适应未来的需要如何对光纤光栅传感系统的光源、光纤光栅传感器和信号解调进行优化。     

一种对偏振敏感的光频域反射光纤布拉格光栅传感系统解调方案

为解决光纤光栅传感系统对横向应变的测量问题,提出了一种基于光频域反射技术的对偏振敏感的准分布式光纤布拉格光栅传感系统解调方案,该方案通过跟踪光纤光栅传感系统的偏振相关损耗为横向应变的测量提供信息.建立了系统的理论模型,分析了均匀光纤布拉格光栅在准分布式系统中的偏振特性以及偏振敏感的解调系统原理,讨论了该方案在测量横向应变的优越性,以光栅长度和双折射量值作为参数,对传感系统的偏振相关损耗变化规律进行研究.研究结果表明,本文提出的方案可以为在准分布光纤光栅传感系统中根据偏振相关损耗的变化实现对横向应变的准确测量提供理论依据.     

光纤光栅传感器在称重系统中的应用

为了实现物体重量的测量,分析了光纤光栅传感器的结构和原理;研究了应变和温度交叉敏感以及波长解调等FBG传感技术应用的关键问题.根据对承重台受力的分析,设计了承重台的结构和传感器的安装方式,而且,摸索到了光栅传感技术的一些使用经验和注意事项,这些可为高速公路汽车称重系统所借鉴.利用FBG210解调仪在信号采集,分析,存储和传输等方面的优势,实现了光纤光栅解调.使用处理器对解调出的重量信号进行处理,并将其显示在LCD上.     

基于温控Bragg光栅滤波器的光纤Bragg光栅动态应变传感系统

描述了一种基于温控光纤光栅解调的光纤光栅动态高精度应力测量系统.传感光纤光栅的Bragg反射光受到动态应力调制,反射光其后入射到温控光纤光栅滤波器,传感系统通过测量温控光纤光栅的透射光强变化实现了动态应力解调.温控调节温控光纤光栅,使传感系统始终处于透射光强对应力变化最敏感的最佳状态.利用光纤光栅滤波器的大斜率特性,实现了高动态精度的动态应力传感.以简支梁的自由振动作为研究对象,在有效探测简支梁带宽为1～3 200 Hz的谐振频率范围内获得了高达6.7×10-10ε/Hz1/2的动态应力测量精度.     

基于FPGA的光纤光栅传感解调系统设计

设计一款FPGA的光纤光栅传感解调设备,实现光纤光栅传感的低成本高速解调。该光纤光栅传感解调设备由数据采集和A/D模块、FIR数字滤波模块、数据缓存模块和显示模块4大核心模块组成。系统由FPGA主控模块为各个子模块提供全局系统同步时钟。与现有的基于FPGA的光纤光栅传感解调仪相比,设计所需元件均嵌在同一块FPGA开发板上,不仅降低了解调仪的成本而且提高了系统的集成度。实验验证,系统的数字信号处理模块设计合理正确。最后,提出了设计的一种应用,具有一定的实用意义。      

基于单片机的光纤光栅解调器

Bragg光栅解调系统是光栅传感器得以实用化的关键。根据光纤Bragg光栅传感器的传感机理,介绍了Bragg光栅解调系统的工作原理,建立了解调系统模型,提出了实现Bragg光栅解调的单片机解调系统,给出了详细的软硬件设计方案。光栅解调系统测量能够精度达到±5pm,重复性最大误差为±8pm。     

基于短栅区光纤光栅传感器的油气管线腐蚀在线监测系统研究

基于短栅区光纤光栅传感器设计了一种油气管线腐蚀在线监测系统。对应油气管线外表面周向非线性应变,该系统可以测量油气管线腐蚀缺陷,保障管线安全运行。通过对管线圆柱型腐蚀缺陷周向应变特性及光纤光栅应变传感模型的理论分析,设计了3mm短栅区光纤光栅的应变传感阵列,并在模拟油气管道上验证了测量圆柱型缺陷表面周向非线性应变的可行性。结合波分复用、时分复用技术及光纤光栅解调系统可以组成解调7×7个应变及1个温度补偿共计50个光纤光栅传感器的在线监测系统。该系统已应用于中海油渤南龙口天然气终端处理厂,监测结果表明该在线监测系统稳定可靠,是监测油气管线腐蚀状况,保障管线安全运行的一种有效可靠方法。     

光纤Bragg光栅传感器的解调方法概述

在各种光纤传感器中,光纤Bragg光栅(FBG)传感器是近几年来研究的热点。研究光纤光栅传感器的关键问题是光纤光栅的信号解调,即波长微小移位的检测问题。概述了光纤光栅传感器解调原理,并从响应特性分类角度对光纤光栅的几种解调方法进行了分析比较。     

基于线阵光电探测器的FBG传感解调算法分析

采用线阵光电探测器光谱采集系统,对光纤Bragg光栅（ FBG）传感器反射谱进行数据采集。由于线阵光电探测器采样点数有限,为了研究不同数据个数对FBG反射谱寻峰精度的影响,基于LabVIEW开发平台,对比分析了FBG传感解调系统中常用的三种寻峰算法：质心法、高斯拟合法和多项式拟合法;比较了不同数据个数下各种算法的性能。实验结果表明：利用反射波峰上7个采样点数据拟合精度最高,并且高斯拟合算法的精度和稳定性能较好。     

基于AWG的波分/时分复用FBG传感器网络研究

为了充分利用传感器网络在频域和时域上的丰富资源,提出了一种采用WDM/TDM的网络复用技术的新型分布式FBG传感器网络设计方案.将FBG传感器利用阵列波导光栅(AWG)进行波分复用,并利用程控光开关对波分复用信道中的每一个FBG传感器进行时分复用.网络中的传感器数量可达几百只.以可调法布里-珀罗(F-P)滤波器和数字信号处理器为核心的解调模块,通过布设的参考FBG能够对F-P滤波器特征曲线进行实时校正,提高了解调准确度.传感过程实现了自动化.该传感器网络可以对矿井、地下隧道等危险环境进行实时温度测量、预警,具有很好的应用前景.     

基于匹配滤波技术的数字化光纤光栅传感解调方法

报道了一种结合数字化技术对光纤光栅传感系统信号进行解调的方案.解调系统采用数字时钟信号产生锯齿波电压信号控制可调谐光纤法布里-珀罗滤波器,对光纤光栅进行扫描式搜寻,同时利用同步时钟信号控制数字采集卡实时读取搜寻到的数据.由于光纤光栅的反射谱是已知信号,因此采用数字匹配滤波技术对采集到的信号进行处理可以得到最大的信噪比.实验结果表明:系统在波长寻址范围为1 520-1 575 nm内,扫描频率1.5 Hz,波长分辨率可以达到2 pm以下.     

分布式光栅传感网络的高精度温度控制系统设计

针对分布式光栅传感网络中由于制作工艺和预应力等因素导致的中心波长不匹配问题,设计了基于半导体制冷器（TEC）的温度控制系统,提高了解调系统的解调范围和精度。基于ARM＋LTCl923＋高精度DA的系统构架实现了同时对多路TEC温度的精确控制,达到了调节分布式光栅传感网络中作为参考的每路光纤Bragg光栅（FBG）中心波长的目的,使得各参考光栅与其相应的传感光栅中心波长得以匹配。实验结果表明：该系统可重复性良好,并在一定的温度范围内有较高的调控精度。     

一种实时校准的光纤Bragg光栅传感器解调系统

为了提高光纤Bragg光栅（FBG）传感器阵列的信号解调精度,基于窄带光源问讯解调原理,提出了引入带标记热稳定标准具模块来实现实时校准的方案,利用12位A／D采集模块将信号采入计算机,在虚拟仪器软件LabVIEW下处理信号,峰值检测方法为分段寻峰。实验表明：该方案对FBG传感器中心波长位移的最大解调精度为1pm,相对于无实时校准模块方案下的解调精度提高了10倍以上,在应变为1×10^-4的范围内,测量误差小于1.5×10^-6。     

小型FBG解调系统中数据采集的实现

为了实现FBG解调系统的小型化和低功耗,提高FBG传感信号的采集精度,设计了一种用于小型化FBG解调仪的数据采集系统。该系统以DSP和CPLD为硬件开发平台,应用高精度A/D转换芯片采集光电检测器输出的电信号,完成了软硬件调试。实验结果表明,该系统能够准确地采集FBG光谱信号,满足FBG传感系统波长分辨率、采集速度和数据存储容量的要求。