一种正弦相位调制光纤干涉条纹相位稳定方法

为了消除环境因素(尤其是振动和温度波动)在物体表面三维形貌测量中的影响,基于正弦相位调制(SPM)发展了一种光纤干涉条纹相位稳定技术。利用马赫-泽德光纤干涉仪结构和杨氏双孔干涉原理实现高密度的余弦分布干涉条纹投射。利用两光纤干涉臂端面的菲涅尔反射生成迈克尔逊干涉信号,由光电探测器(PD)检测后送入相位控制系统。采用相位生成载波的方法提取干涉信号的相位,并将生成的补偿信号闭环反馈给压电陶瓷驱动器,与正弦相位调制信号相加后共同驱动压电陶瓷,补偿环境因素带来的相位漂移,实现干涉条纹相位的稳定。环境因素对条纹相位的影响低于57 mrad,实验结果验证了该方法可行性。     

一种新的正弦相位调制干涉条纹相位稳定方法

在基于条纹投射的物体表面形貌测量中,温度漂移和振动是造成条纹相位漂移的主要因素。为了稳定条纹相位,在相位补偿系统(PCS)中运用峰值检测简化相位提取过程,发展了一种基于正弦相位调制的干涉条纹相位稳定技术。将光纤缠绕在柱形压电陶瓷(PZT)上,向PZT注入正弦驱动电压实现对干涉条纹相位的正弦相位调制。运用2×2光纤耦合器分光,结合马赫-泽德干涉与杨氏干涉结构实现条纹投射。光电探测器检测两端面反射信号形成的迈克尔逊干涉信号,从中提取环境因素引起的相位漂移,运用旋转坐标数字机进行快速反正弦计算,生成的补偿信号与调制信号叠加后共同驱动PZT,实现条纹相位稳定。实验结果表明,条纹相位稳定精度为5.5 mrad,较好地消除环境因素引起的相位漂移。     

用于测振的电子散斑剪切干涉术

电子散斑剪切干涉术作为一种高精度全场测量技术,已被广泛应用于无损检测(NDT)、应变分析、振动检测和流场分析等领域．主要分析了电子散斑剪切干涉术在振动检测领域的应用,分析了它利用时间平均法检测振动的原理,并为实现物面振动的大面积检测进行了电子散斑剪切干涉仪光学结构的参数设计,一次可以检测大小为669 mm×502mm的矩形物面．利用计算机模拟产生随机高斯相关表面的高度分布函数及振动散斑剪切条纹图．结果表明电子散斑剪切干涉术用于振动检测．     

TFBG的Fabry-Perot干涉型纵向微位移传感研究

提出了一种利用光纤Fabry-Perot(F-P)干涉结构的微位移传感器,该F-P干涉结构是由双倾斜光纤光栅(tilted fiber Bragg grating,TFBG)沿轴向错开一定距离构成空气腔形成的.入射光经双TFBG及其高反射端面往返传播,从而构成F-P干涉结构.光纤沿纵(z轴)向移动时,F-P腔的腔长发生变化,致使干涉光谱的自由光谱范围随之产生变化.实验验证,该传感器在0~115μm的测量范围内获得了高达0.475nm/μm的灵敏度,较之前提出的光纤光栅型传感器灵敏度提高了近3倍.     

FRP加固结构界面损伤的声光纤检测数值模拟及实验

为了确保纤维复合材料(FRP)加固结构的可靠性和安全性,界面损伤检测是加固质量检查中的一个重要环节.基于薄板自由振动理论,提出一种声-光纤无损检测(NDE)FRP加固结构界面损伤的原理和方法,利用可变频的扬声器产生集中声束作用在FRP加固构件表面形成表面局部振动场,界面损伤引起的局部异常振动区的振动情况可以由粘贴在FRP表面的光纤测得,从而确定损伤的位置和大小.数值模拟分析和实验结果都表明了此方法用于FRP加固结构界面损伤检测的可行性.     

全光纤双传感臂振动传感器频率特性研究

以全光纤Mach-Zehnder(M-Z)干涉仪为基础,阐述了光纤双传感臂振动传感器的工作原理和结构设计.按照理论设计的结构采用硫化硅橡胶及金属铁块制作了传感探头,并完成全光纤双传感臂M-Z干涉仪的制作,实现干涉可见度约为95.8%.搭建实验系统对不同频率的振动信号进行测试,初步测试结果表明,系统的固有频率在850～1 150Hz之间,与理论计算相符;在固有频率以下,传感器工作频带范闱是100～800Hz,在固有频率以上工作频带范围是1.2～6.0 kHz.     

天津大学光纤传感技术研究部分最新进展

本文介绍了天津大学在光纤传感技术研究领域的最新进展.主要为:基于白光干涉实现了非本征光纤法珀和FBG并行解调,法珀腔长测量误差0.81 μm,FBG波长测量误差14 pm;基于光纤有源内腔结构夹现了乙炔气体传感,灵敏度优于100ppm;基于保偏光纤实现了分布式传感,灵敏度可达6 cm;基于边缘滤波器开发了光纤光栅解调仪,波长分辨力可达1.2pm,扫描速率超过200kHz;采用全光纤OCT技术实现了牙齿模型的二维、三维扫描;实现了光纤陀螺光纤环的温度、振动等动态特性检测.     

SMS光纤结构特性的数值模拟分析

采用光束传播法(BPM),对单模-多模-单模(SMS)光纤结构内部传输光场分布情况,进行数值模拟;分析了SMS光纤结构中不同的多模光纤长度,多模光纤纤芯直径和输入光波长对光纤结构内部传输光场分布情况的影响,以及所得透射谱的变化规律;进一步探讨了基于多模干涉理论的SMS光纤结构传感器在各传感领域的应用潜力.最后,以基于多模干涉理论的SMS光纤结构折射率传感器为例,分析了多模光纤纤芯外界折射率的改变对光纤结构输出透射谱的影响,并进行实验加以验证.实验结果与仿真模拟结论一致,从而验证了模拟的准确性.     

结构模态分析的二维频域光学相干振动层析方法

二维频域光学振动层析(2D-OCVT)以低相干光干涉为原理,以高速COMS相机为检测器,通过分析振动结构表面反射光与系统参考光的干涉信号,可获取振动结构的位移信息,经频谱校正后可得到纳米级超高分辨率的振动位移精度。2D-OCVT系统可以实现线域振动测试,一次采集可同时获取线上多点的位移信息,并且可以利用output-only模态识别方法的优点,无需知道激振输入信号的信息就可以对梁结构进行实时模态分析。因为可以多点同时非接触测量,所以不用多个传感器(比如加速度传感器)或者移动单个传感器来获取梁结构上多点振动信息。实验结果表明,自搭建的2D-OCVT可以实现对0-1000Hz振动信号的精确检测,可满足工程结构高低频检测的需要,为工程结构振动模态分析提供了新工具。     

改进型分布式光纤水下输气管道泄漏检测仿真分析

针对现有干涉分布式光纤感测架构在系统结构复杂度与灵敏度方面的限制,通过对一种基于萨格纳克/马赫-曾德尔原理的干涉分布式光纤感测架构进行改进,仿真分析架构中的关键结构参数,确定了一种延迟光纤长度为2 km,调制器光纤为5 m,检测起点为距离法拉第旋转镜1.03 km的改进型分布式光纤感测架构.仿真结果表明,该结构能够有效地减小光信号损失,准确地定位管道泄漏点位置,从而为水下长输管道的泄漏检测提供了一种理想的感测模型架构.