光纤F-P腔与FBG复用传感器精确解调方法研究

建立了基于光纤Fabry-Perot(F-P)腔与光纤Bragg光栅(FBG)串联复用结构传感器的解复用数学模型,分析了串联复用中FBG与F-P腔光谱的叠加对各自解调的影响,得到了分离FBG与F-P腔光谱的方法,从而实现双参数测量高精度解调的目的,并采用基于扫描激光器的波长查询系统验证了该方法的有效性。实验结果表明,该解调方法可以消除串联复用时光纤F-P腔与FBG间的交叉干扰,光纤F-P腔的解调数据最大离散值小于0.2nm,FBG峰值反射波长测量数据最大离散值小于0.7pm。     

基于FPGA的时延辅助定位FBG传感系统的研究与设计

由于受光源谱宽和光纤Bragg光栅传感波长移动范 围的限制,FBG传感系统中可复用的FBG数量 受到很大限制。为了解决这种限制问题,提出通过传感信号的时间延迟对传感FBG进行定位 的方法。 设计出基于FPGA的时延辅助定位FBG传感系统,用Fabry-Peror(F-P)腔和时延定位结合的 方式对传感信息进 行解调,用FPGA进行数据处理。搭建了实验系统,进行了简单的实验。实验结果表明, 本文系统增加可复用FBG数量的方法实用性强,精度高。     

面向井下环境参量的光纤传感物联网系统

为了能够大范围准确获取井下环境参量并有效抑制噪声, 研究了基于新型光纤光栅(FBG)封装的光纤传感物联网系统。设计了一种可同时测试应变与温度的传感模块, 试制了新型FBG封装结构, 搭建了符合巷道结构的光纤应力监测分布网络。采用基于互相关差分计算的方法实现了对振动噪声的消除, 并对井下巷道的应力和温度进行了连续监测。结果表明, 拱段45°与60°的FBG可以准确记录应力、温度变化数据。该系统在大范围井下环境参量监测中具有更高的稳定性、更好的适应性。     

基于动态法布里-珀罗腔的光纤光栅温度传感

提出一种动态非本征法布里-珀罗(F-P)腔对波长的解调方法。利用压电陶瓷(PZT)构建的动态非本征F-P腔调制光纤布拉格光栅(FBG)反射光,理论分析得到调制光强随F-P腔的腔长改变呈类余弦变化。经数值模拟,当PZT在正弦电压驱动下,F-P腔调制输出的类余弦信号因FBG波长的变化产生了信号曲线的位移,且位移量与FBG波长的变化量呈线性关系,此关系可用于FBG波长的解调。通过动态F-P腔与光纤光栅构建的温度测量实验系统,对不同温度下的液体进行实验测试,在35℃～80℃温度变化范围内验证了液体温度变化量与类余弦信号的位移量呈线性关系,其线性拟合度达99.5%。     

新型应力不敏感FBG温度传感封装结构

光纤Bragg光栅（FBG）可以同时传感多个参量,但当仅需测量一个参量时,测量结果可能会受到一个或多个其他参量的影响,其中以温度和应力交叉敏感最为突出。为此,对比了其他几种应力不敏感型FBG温度传感器的优缺点,设计了一种新型的应力不敏感FBG温度传感封装结构,并通过实验验证了其温度传感性能及应力不敏感性。     

基于傅里叶变换的F-P光纤传感器阵列设计

通过傅里叶变换在频域中对光纤F-P传感器的透射光谱进行研究,简化了腔长解调的过程,使得腔长解调变得简单且易于控制。主要从理论上分析了光纤F-P传感器透射光谱的特性和影响因素,对光纤F-P传感器的并联复用和串联复用的傅里叶变换解调方法进行了研究和讨论,同时利用数值模拟仿真研究了光纤F-P传感阵列应变传感的规律。     

F-P标准具和参考光栅相结合的高稳定性FBG解调系统

为了提高光纤布喇格光栅（FBG）解调系统的稳定性和准确性,避免由于压电陶瓷的迟滞性、蠕变性以及温度变化引起的法布里-珀罗（F-P）滤波器驱动电压与透射波长不成线性的问题,采用了可调谐环形腔激光器作为扫描光源,与F-P标准具、温补参考光栅、传感光栅3个单独的通道结构相结合的FBG解调方法。通过理论分析和实验验证,选择中值滤波加滑动平均滤波的方法滤除噪声,采用基于强度阈值的频谱相关寻峰算法更加准确地找到反射谱峰值的位置。结果表明,每个通道单独分开的解调方案的波长长期稳定性可达0.4pm,温度与波长的线性度高于99.90%。该系统能够实现对温度、应变等参量的稳定性的测量。     

光纤F-P腔高灵敏加速度传感器理论模型研究

以提高光纤波长复用型加速度传感器的灵敏度为目标,分析光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating, FBG)加速度传感器的增敏思路,阐明FBG加速度传感器灵敏度的增敏瓶颈和固有制约因素,提出波长复用型光纤法布里-珀罗(Fabry-Pérot, F-P)加速度传感器物理模型,理论研究其加速度传感原理,推导加速度传感器谐振频率和灵敏度的解析表达式,深入分析系统的结构体刚度、干涉级次、腔长对加速度传感器灵敏度和谐振频率的影响因素,并对比分析在不同系统刚度下FBG和F-P加速度传感器的灵敏度响应特性。由于灵敏度与谐振频率相互制约,进一步引入品质因子对比分析FBG和F-P加速度传感器的综合性能。在谐振频率为205 Hz时,传感器灵敏度高达198 nm/G,比基于FBG的传感器灵敏度理论上高出约2个数量级,并提出F-P型加速度传感器波长复用方案。理论分析表明F-P型加速度传感器与FBG型相比具有独特的优势,为光纤型加速度传感器的增敏和波长复用提供了新思路,并奠定理论基础。     

动静态监测光纤光栅传感信号的实验研究

基于可调谐光纤TF Fabry-Pent（FP）滤波扫描传感光纤Bragg光栅（FBG）反射峰的原理．提出一种新颖的探测方法,分别从动静态两方面监测传感FBG反射谱与TF F-P透射谱的合成谱。实验中．通过加载到TF F-P滤波器的驱动信号的不同,在静态监测下,模拟并分析了光信号功率与转化电压的趋势图以及多次实验中探测到最大信号时两者的关系;用双踪示波器动态实时监测并分析了经光电探测（PD）及其放大调理电路转换后的电压变化信号。实验结果表明．PD探测的最大值与传感FBG反射峰对应。经过标定后的系统分辨率可达1pm,测量精度为0．01nm。     

EFPI和光纤光栅传感器混合测量技术

研究了一种对外腔式F-P干涉型(EFPI)传感器和光纤光栅(FBG)传感器进行混合测量的技术。用窄线宽的扫描光注入EFPI或FBG,通过测量FBG的反射光波长和EFPI的反射光光谱完成在同一台仪器的不同通道实现了对FBG或EFPI的同时测量。还研究了在一根光纤上同时实现FBG和EFPI测量的技术,结果表明FBG串联在EFPI前面时,可准确测量出FBG的波长和EFPI的腔长。而EFPI串联在FBG前时,只能测量EFPI,而不能完成FBG的同时测量。     

基于光纤Bragg光栅的Fabry-Perot滤波器特性的分析

在分析光纤Bragg光栅Fabry-Perot(F-P)腔特征的基础上,提出了光纤Bragg光栅F-P滤波器的数学模型.利用传输矩阵法对光纤Bragg光栅F-P腔进行了理论分析.通过Matlab仿真工具数值模拟光纤Bragg光栅F-P滤波器的光谱,并对其特性进行了详细分析,得出了决定滤波器传输特性的相关参量及其影响规律.根据光纤Bragg光栅F-P腔的相位谐振条件,推导了光纤光栅F-P腔的腔长与光纤Bragg光栅常数之间的关系,从而为研制基于光纤Bragg光栅的F-P滤波器提供了依据.     

长周期光纤光栅传感信号解调技术研究现状

长周期光纤光栅(LPFG)对温度、应变、液体浓度等外界环境变化的敏感度要远高于光纤布拉格光栅(FBG),在传感领域具有广泛的应用前景。然而LPFG的传感信号解调技术尚不成熟,大大制约了LPFG在传感领域的应用。针对现有LPFG传感信号的解调方法进行分析与评述,着重介绍了基于边沿滤波技术、法布里-珀罗(F-P)腔扫描滤波技术和阵列波导光栅(AWG)技术的几种解调方案,并对各个方案在解调精度、速度、成本等方面进行了比较与分析。此外,介绍了实现LPFG复用解调的方法,并在总结已有技术优缺点的基础上对LPFG信号解调技术的发展趋势进行了展望。     

光纤Bragg光栅F-P腔长测量的理论与实验研究

通过对FBG和光纤Bragg光栅F-P腔(FBG-FP)的光语特性分析,得出了低反射率的FBGFP腔反射谱的双光束千涉近似表达式.在此基础上,讨论了拟合法、周期法和傅里叶变换3种FBGFP腔长测量方法.最后,对实测光纤FBGFP腔的反射谱进行了分析,3种方法得到了相互验证,腔长测量精度达0.1mm量级.     

基于HCPCF的F-P应变传感器的波分频分复用

提出一种基于空芯光子晶体光纤(HCPCF,hollow core photonic crystalfiber)的Fabry-Perot(HCPCF F-P)干涉应变传感器进行大容量的波分频分复用实验。HCPCFF-P应变传感器的干涉腔长度可达cm数量级,并且温度对应变的交叉影响小。优化制作了HCPCFF-P应变传感器,重点研究了6个不同长度干涉腔应变传感器的波分频分复用实验。实验结果表明,复用系统的应变测量精度可达±20με。     

基于分布式FBG的智能家居环境测控系统研究

基于分布式光纤布拉格光栅(FBG)的分布式测量以及FBG的测量精度高、体积小、不易腐蚀等优点,将其应用于智能家居环境监测进行研究.系统中采用可调谐F-P(Fabry-Perot)滤波法解调原理,利用可编程逻辑器件FPGA设计了一种结构简单、解调速度快、可实时测量的光纤光栅解调系统,实现了对家居环境的实时测量,并进行安全报警、温度自动调节等操作.仿真实验表明,系统测量精度和灵敏度高,运行稳定可靠,具有一定的实用价值和应用前景.     

1550 nm高效窄线宽光纤激光器

研制了一种采用双光纤光栅法布里-珀罗(FBG F-P)腔选模的线形腔结构窄线宽光纤激光器.激光器以高掺杂Er3 光纤为增益介质,结合非相干技术,利用全光纤型法拉第旋转器(FR)抑制空间烧孔效应,通过2个短FBG F-P腔选模,产生了稳定的1 550 nm单频激光输出.采用两端976 nm LD抽运方式,阈值抽运光功率为11 mW,在抽运光功率为145 mW时输出信号光功率为73 mW.光-光转换效率为50%,斜率效率达55%.采用延迟自外差方法精确测量光纤激光器线宽,实验中使用了10 km单模光纤延迟线,由于测量精度的限制,得到线宽小于10 kHz.研究表明,这种光纤激光器具有输出功率高、线宽窄和信噪比高的特点,可用于高精度的光纤传感器系统.     

Study of the characteristics of concentration sensing based on FBG Fabry-Perot cavity

Fiber Bragg grating Fabry-Perot (FBG F-P) cavity is used as the sensing model to measure the refractive index of the liquid solution. The cladding of the fiber, which is used as the F-P cavity, is etched by HF solution to enhance the sensitivity to the external refractive index. The experimental results show that with the concentration change of the external solution, the effective refractive index of etched fiber will change, thus the spectra of FBG F-P cavity will appear a spilt point. The relationship be...