基于人工蜂群优化算法的光谱形复用技术

光纤布喇光栅(FBG)在构成大型传感网络时,由于光源带宽有限会出现光谱重叠的问题。提出了一种人工蜂群(ABC)算法及改进ABC(IABC)算法的解调技术,结合谱形复用技术与IABC算法对光谱重叠中的各个光栅的波长进行识别,并对多个FBG传感系统进行实验仿真与分析。实验结果表明:IABC算法在多FBG传感复用系统中的解调误差不超过3.6 pm,解调时间不超过7 s,温度测量精度达0.5℃,解决了多个FBG传感网络部分重叠和完全重叠问题。     

时分复用光纤光栅系统的边缘滤波解调与标定

为实现高空间分辨率和高测量精度的准分布式光纤光栅应变传感系统,研究了基于时分复用光纤光栅传感系统的解调和标定方法。将波分复用和时分复用技术相结合,得到两个低反射率光纤光栅的应变灵敏度分别为33.40με/mV和38.47με/mV,标定的非线性误差为2.8%。基于光纤光栅光谱边缘滤波技术,构建时分复用光纤光栅应变传感系统,提出复用光纤光栅应变的交叉传感解调算法,实验测试并解调两个光纤光栅的交叉传感数据。实验分析表明,单次测量传感系统的最大误差为18με,应变量大于100με时的传感相对误差小于5%,满量程600με的引用误差小于2%。     

基于长信号快速相关算法的FBG传感解调

针射光纤布拉格光栅（FBG）复用传感解调技术中光纤上复用光栅的数量问题，基于F-P滤波器，提出用长信号快速相关算法来检测波长移位的解调方法。通过MATLAB仿真和具体实验证明：该方法在实际中可以解决两波形部分（〈40％）重叠的问题，进而在光谱宽度、测量范围和光栅谱宽一定的条件下，使复用光栅的数量大大增加，同时测量精度可达到1pm。     

波分复用加光栅光谱形状复用的FBG传感解调技术

针对光纤布拉格光栅(FBG)传感网络中可复用光栅的数量问题,提出波分复用(WDM)和光栅光谱形状复用结合的方法。通过MATLAB仿真和具体实验表明,WDM和光谱形状复用结合使用,在光谱宽度、测量范围和光栅谱宽一定的条件下,能使可复用的光栅数量比只用WDM时增加1倍,相比于其他多种复用技术结合的传感网络,解调系统更为简单。     

光纤光栅谱形复用解调中粒子群算法的参数优化

结合应用广泛的粒子群算法,通过数值仿真,深入探究了其关键参数对解调误差的影响规律,发现光纤布拉格光栅(FBG)谱形复用数量越大,谱形重叠程度越大,关键参数选择的范围越小。以最大解调误差为评价指标,定量分析得出了关键参数的合理设置范围,在优化条件下,FBG谱形复用解调性能得以提升,并通过实验验证了这一结论。     

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。     

利用改进粒子群优化算法解调光传感重叠光谱信号

利用光纤布拉格光栅(FBG)构建大型传感网络时,在相同带宽的条件下,为了增加传感器的数量,会尽可能多地写入光纤光栅,因此将导致部分光谱发生重叠,使FBG中心波长识别困难,解调精度降低。为此,提出一种改进粒子群优化(PSO)算法,以提高中心波长的识别精度。结合光谱形状复用技术构建重叠光谱模型,搭建温度实验系统来获取重叠光谱信号,并对PSO算法中的权重因子和学习因子进行了改进,利用所提算法对重叠光谱模型参数进行优化,并将其与6种优化算法进行对比。仿真与实验结果表明,所提算法与对比算法相比,具有收敛速度快、运行时间短、波长识别精度高的特点,且波长解调误差均小于1 pm,验证了算法的有效性和可行性。     

新型大容量光纤光栅传感解调系统研究

采用自主研发的可调谐窄带光源和光波分复用联合空分复用技术研究并实现了新型大容量光纤光栅传感解调系统。实验结果表明,系统可实现32通道超过600个监测点的实时并行监测,有效提高了传感解调系统的系统容量和信噪比,可满足大型工程对光纤光栅传感系统的应用需求。     

可实现多点测量的波分复用光纤氢气传感系统

随着实际应用的发展,核电站、飞行器发动机、气体燃料等领域均提出了进行大数量点数氢气监测的要求,但目前已有的光纤氢气传感系统仅能实现单点测量。为解决上述问题,将波分复用技术和光纤氢气传感技术相结合,设计了一种可实现多点测量的波分复用光纤氢气传感系统,阐述了该系统的基本原理、光路结构和技术优势,并从理论上分析了进行多点氢气监测的可行性。根据理论分析的结果,基于已有器材搭建了一套4通道的波分复用光纤氢气传感系统,同时设计了一套实验装置并利用该装置对传感系统进行了验证实验。通过对光纤链路各节点传输光光谱和传感头反射信号光功率的测试,验证了所提出的新型氢气传感系统不仅可以实现多点测量,而且各测点具有较好的独立性和性能,1小时内测量稳定性优于1%,测量范围达到了0~4%,基本误差优于2%。理论分析和实验结果对于研究大数量点数氢气测量技术及系统极具参考意义。     

可实现多点测量的波分复用光纤氢气传感系统

随着实际应用的发展,核电站、飞行器发动机、气体燃料等领域均提出了进行大数量点数氢气监测的要求,但目前已有的光纤氢气传感系统仅能实现单点测量。为解决上述问题,将波分复用技术和光纤氢气传感技术相结合,设计了一种可实现多点测量的波分复用光纤氢气传感系统,阐述了该系统的基本原理、光路结构和技术优势,并从理论上分析了进行多点氢气监测的可行性。根据理论分析的结果,基于已有器材搭建了一套4通道的波分复用光纤氢气传感系统,同时设计了一套实验装置并利用该装置对传感系统进行了验证实验。通过对光纤链路各节点传输光光谱和传感头反射信号光功率的测试,验证了所提出的新型氢气传感系统不仅可以实现多点测量,而且各测点具有较好的独立性和性能,一小时内测量稳定性优于1%,测量范围达到了0～4%,基本误差优于2%。理论分析和实验结果对于研究大数量点数氢气测量技术及系统极具参考意义。     

光纤气体传感网络的研究进展

光纤传感网络是一种重要的传感网络。将国内外现有光纤气体传感器网络的多址技术归纳为:频分多址、时分多址、波分多址和码分多址等四类。前两类受铌酸锂调制器的消光比及偏振相关性能的制约,且存在无法多点同时监测、系统损耗较大等缺陷。采用波分多址技术的网络,其损耗及监测点间串扰均较小,但受到待测气体吸收峰位置和强度等因素制约,且成本较高。采用光码分多址技术的传感网络,可同时检测位置与浓度信息。该网络采用环行器代替耦合器降低损耗,还可利用全光缓存技术数十倍增加气室有效长度。此类网络将成为气体传感网络发展的重要方向之一。     

光纤传感技术在气体检测方面的应用

介绍了气体传感器的主要特性与光纤传感技术在气体检测方面的应用,比较了几种光纤气体传感器的优缺点,设计了一种基于光谱吸收原理的新型开放式气体传感器,展望了光纤气体传感器的发展方向和广阔前景.     

光纤光栅传感技术的优势与应用

从光纤传感技术的优势出发,介绍了一种新型功能强大的光纤传感技术-光纤光栅传感器.着重论述了分布式光纤光栅的关键技术和光纤光栅传感器产品的应用情况,分析了光纤传感技术的未来发展趋势.     

具有嵌入式环形拓扑结构的光纤传感器网络

提出了一种基于光学低相干反射（OLCR）技术的嵌入式双环形光纤传感网络。给出了光纤传感网络结构、空分复用（SDM）原理，分析了网络中传感器的信号特性，对携带10个传感器的传感网络进行实验研究。理论和实验研究表明，通过改变环形网络中传感器的安放位置与布设数量，对网络的传感特性进行优化，可以提高传感系统的复用能力。此结构可嵌入智能结构中，用于准分布应变或温度的测量。     

Precision and sensitivity optimization for white-lightinterferometric fiber-optic sensors

A detailed analysis for accuracy and sensitivity of fiber-optic sensor based on white-light interferometric technique with wavelength scanning is presented. Analytical equations for optimal optical path difference were obtained, which allow to reach the minimum measurement uncertainty. The results of the analysis can be applied for optimization of any sensor based on low coherence spectrum domain technique, though our experimental validation of analysis has been carried out with the temperature sensor based on the Sagnac interferometer having a twisted high-birefringent fiber as a sensing element     

光纤SPR传感器的信号检测及处理

光纤表面等离子体共振(SPR)传感器是目前应用在环境介质检测和生物大分子检测等方面的新型、高精度传感器。首先,以表面等离子体共振传感理论为基础,对系统检测结果进行数据处理,得出采用均值估计的线性模型。在不同时刻与相同环境介质下,检测某一溶液的十组光谱数据并进行均值估计,从而得到有效的共振波长。其次,利用小波分析方法进行信号处理,校正了噪声产生的漂移,对光谱信号压缩处理,以提高检测精度。再通过Matlab进行模拟仿真优化传感系统性能。并对不同折射率溶液如蒸馏水、酒精等进行检测,得到了良好的光谱响应曲线,证明了在检测范围内折射率和共振波长之间具有良好的线性关系。     

利用光时分复用技术实现5Gb／s的孤子传输

利用光纤环激光器作为孤子源和光时分复用技术成功地进行了５Ｇｂ／ｓ的孤子传输实验。研究了在相同的入纤工上，光脉冲的波工对孤子的传输性能的影响，在实验的波长范围内的测量表明，波长越长出纤脉冲的时域宽度越窄，但脉冲的频谱的变化基本与波无关，对实验结果进行了数值模拟分析，实验结果基本与数值模拟的一致。     

基于腔衰荡光谱技术的三参量同时测量光纤微腔传感器

提出并实现了一种基于腔衰荡光谱(CRDS)技术的三参量同时测量的光纤微腔传感器。利用高频CO2激光脉冲技术在1 060nm单模光纤(SMF)上直接刻蚀光学微腔,并将其作为传感单元接入到光纤环谐振腔中,通过测量脉冲激光衰荡时间实现了对温度、折射率和应变3个不同参数的同时传感测量。整个传感器系统采用光时分复用(OTDM)技术,3个带有光纤微腔传感单元的光纤衰荡腔并联连接,共用一个光源和探测器,在3路光纤环中引入不同的相位调制项,使其输出的衰荡信号在时域上有效的分开,从而达到三参量传感的目的。传感器结构合理,可操作性强,后期数据处理工作简单易行,实验结果重复性良好。在此基础之上,可以将此传感器结构推广到四参量,甚至更多参量的传感器系统中。     

光纤法珀压力传感系统设计与风洞初步实验

针对航空领域对大气压力的测量需求,基于光纤法珀传感和低相干干涉技术,搭建了光纤法珀多通道压力传感系统。介绍了系统解调算法及工作原理,对光纤法珀压力传感器的标定和温度补偿方法进行理论分析,将非恒温条件下的传感器拟合误差降低至0.134% F.S.。在风洞环境中,在侧滑角-4~4变化范围内,对飞机实体模型的三个监测点进行压力测量实验,并将压力测量结果与Ansys-Fluent软件模拟仿真结果做对比。结果显示,光纤法珀压力传感系统与模拟仿真数据变化趋势相同,全量程误差为0.38% F.S.,证明此系统能够提供可靠的压力数据,真实反映飞机模型被监测位置在风洞中的受力情况。