调频连续波光纤位移传感器快速信号处理方法

针对传统鉴相算法对拍频信号处理速度较慢的问题,提出一种基于数字信号处理(DSP)技术的调频连续波光纤位移传感器快速信号处理方法.以DSP技术为核心,通过直接内存访问(DMA)实现数据的快速传输,利用多固定点峰值预测鉴相算法对拍频信号进行快速解算并进行方向优化.实验结果表明:在600 mm的动态测量范围内,位移测量的标准差小于5 nm,线性拟合系数在0.99997以上,对被测目标的适应速度达到15 mm/s,该方法能够实现较高的测量精度和更快的动态测量速度.     

光纤位移传感技术的建筑物结构参数测量研究

针对常规方法采集建筑物结构传感信号时,接收的反射信号相位差不明显,导致建筑物结构距离位移、角度位移测量精度较差的问题,设计基于光纤位移传感系统的建筑物结构参数测量方法。将系统的光纤位移传感器,放置在建筑物结构固定端和相对变化端,采集传感区域光纤信号。设置系统调制信号最优频率,保证反射信号相位差变化明显。根据解调的光纤信号相位差,测量建筑物结构内部光纤应变,得到结构参数位移变化量。设置对比实验,分别监测建筑物结构沉降、滑动、倾斜,结果表明,设计方法相比常规方法,降低了距离位移和角度位移测量值误差,提高了测量值与实际位移量的相关性和线性度,充分保证了建筑物结构参数测量精度。     

基于反射式塑料光纤传感器的微位移测量技术研究

近年来,高精度的位移测量精度要求越来越高,为响应这一需求,本文依据待测位移量可由反射光强变化得出的原理设计了一种基于塑料光纤的位移传感器.本文所涉及的光纤位移传感器以静态拉伸式杨氏模量测量实验中钢丝长度的微小变化为待测量进行设计.在整个传感器系统制作完成后,结果显示,在0~3mm的位移范围内,测量输出与实际位移成线性关系且线性度为0.6%,在较大位移区间内实现了具有良好线性度的测量,同时,根据实验结果测得灵敏度为2.13mV/μm,保证了测量的精准度.这种设计方法的使用扩大了塑料光纤的应用领域,同时,优化了传感器的精准度和线性化精度等性能指标.     

基于楔形腔结构的光纤光栅位移传感器

提出一 种基于楔形腔结构的光纤光栅(FBG)位移传感器设计方法,制作了具有结构简单、体积小、 测量精度可调节和抗 电磁干扰等优点的FBG位移传感器。通过对制作的FBG位移传感器进行标定实验,得出传感 器的灵 敏度系数为13.77pm/mm,相关系数达到了0.99,线性度良好。在钢筋混凝土柱双向偏心 受压试验中,与电类位移计的测量结果对比表明,本文制作的FBG位移传感器测量结果准 确,实用性强,适用于工程结构长期的位移监测。     

基于FP-LD强反馈的光纤迈克尔逊干涉仪传感系统

针对采用传统自组光纤激光器的光纤传感系统存在成本较高和结构复杂等问题,提出了一种基于商用激光器强反馈的光纤迈克尔逊干涉仪(FMI)传感解调系统。该系统采用商用法布里-珀罗腔型半导体激光器(FP-LD)为光源,由直流电源直接驱动,经FMI的反射、干涉后对其形成强反馈;利用多纵模激光拍频解调技术实现对FMI的传感解调,将FMI光域干涉光强的变化直接转化为电域拍频包络的变化。研究了不同FMI臂长差时拍频信号随温度的变化过程及传感系统灵敏度。实验结果表明:当臂长差分别为0.45、0.40 m时,灵敏度分别为325、358.33 kHz/℃。     

一种新型结构的单纵模光纤激光器

单纵模掺铒光纤激光器在光通信和光传感等方面有着广泛的应用前景。设计了一种新型的光纤激光器，在光纤环形镜中嵌入未抽运的掺铒光纤作为可饱和吸收体以抑制多纵模，用光纤环谐振腔作为滤波器抑制拍频噪声，用光纤光栅作为波长选择器件，最终得到了单纵模输出并消除了拍频噪声。使用零拍法测量其线宽小于频谱仪的低频极限5kHz。实验结果证明了可饱和吸收体和光纤环的功能。     

一种新颖的光纤Bragg光栅小电流传感器设计

利用光纤Bragg光栅的应变传感原理设计了一种新颖小电流传感器,通过检测光栅反射峰峰值波长的位移来实现小电流的检测.实验结果表明,室温下检测电流在10 mA～10 A范围内时,传感曲线具有良好的线性,且测量值与理论值较吻合.与微弯效应光纤电流传感器相比,该方案具有更好的稳定性和较高的精度.     

变栅距光栅位移传感结构研究与误差分析

针对传统位移传感器测量精度低、量程小和稳定性不足的问题,文章提出并实现了一种基于变栅距光栅的位移传感器,进行位移特性测试并重点分析了测量过程中的误差问题。实验中将变栅距光栅置于电动位移平台上,通过调节平台位移控制光斑入射位置,建立光栅位移与反射光谱一级衍射中心波长之间的相关关系,实现波长对位移的编码。平台移动范围为0~20 mm,步长为2 mm,往返重复测量6次,记录各位移点处的中心波长,标定传感器的位移特性。针对各位移点重复测量产生的中心波长数据进行误差分析,采用贝塞尔公式结合别捷尔斯法分析各点多次测量数据的标准差,并结合莱以特(3σ)准则进一步判定数据的可靠性。实验结果表明,该传感系统无系统误差和粗大误差;波长与位移呈线性变化,多次重复线性度优于0.9946,传感器全量程平均位移灵敏度为16.67 nm/mm,为基于变栅距光栅位移传感系统的研究提供了一定的参考。     

微型反射式横向位移光纤传感器研究

提出了一种测量横向位移的微型反射式光纤传感器，可用于测量物体相对传感器轴线垂直方向的微位移变化量。从光纤出射光场的光强分布函数出发，用数值积分的方法求解出了反射式横向位移传感器的光强调制曲线，进而设计了光纤传感探头和电路。结果表明，传感器的测量线性范围是1mm，分辨率达lμm。     

基于布里渊和瑞利散射光拍频的方法测量温度

基于光纤非线性效应,设计并搭建出一套布里渊散射光与瑞利光拍频测量温度的实验装置,用布里渊频移量对温度系数进行标定,并采用三种不同方法进行数据处理,结果表明采用频移量均值线性拟合结果较好,得到的布里渊温度频移系数为1.005 MHz/℃,该温度传感系统的测量精度为0.7 ℃。     

Multiplexing Scheme of Long-Period Grating Sensors Based on a Modified Optical Frequency Domain Reflectometry

We propose a novel quasi-real-time sensing scheme by employing a modified optical frequency domain reflectometry technique to multiplex long-period grating (LPG) sensors of transmission mode. Different sensing signals are demodulated by different beat signals through presetting different values for the optical path differences between the measuring arms and a static reference arm. The amplitude of each beat signal is associated with the transmissivity of a sensing LPG. The present multiplexing scheme has the advantages of real-time, high speed, high sensitivity, large capacity, and high resolution over an intermediate length. A measurement of fiber bending curvature is demonstrated to verify good performances of the present LPG sensing system.      

用于布里渊分布式光纤传感的光学锁频系统

报道了一种用于布里渊分布式光纤传感器(DOFS)的高稳定光学锁频系统。一台波长为1550nm的半导体分布反馈(DFB)激光器作为主激光器用于光纤传感探测,另一台同样的激光器作为从激光器,采用光学锁相的方法将其与主激光器进行频率跟踪,使主激光器与从激光器频率差恒定为11GHz。利用该光源搭建基于自发布里渊的分布式光纤传感系统(BOTDR),可以有效地实现宽带移频,使得探测解调频率降低到百兆赫兹量级,大大降低了探测的噪声,并且降低了BOTDR系统成本。结果表明,采用此光源方案的频率波动范围为±1MHz。     

HeNe激光双折射外腔回馈位移测量仪研究

基于单模激光器的双折射外腔回馈位移测量系统能输出两路回馈条纹信号,且条纹相位差不受回馈外腔长的影响,因此在研制大量程、高分辨位移测量系统方面极具潜力。开展了双折射外腔回馈的相关现象研究,研制了性能优良的位移测量仪器。稳频和回馈外腔扫描技术相结合,进一步提高了系统的频率稳定度（优于10-7）和抗干扰性能力。试验对系统进行了零漂、拍频和比对测试,其量程超过200 mm,分辨率为15.82 nm,线性度优于2.310-7。分析了系统的主要误差来源,估算了总的测量误差为0.21 m。回馈位移测量仪具有结构简单、分辨率高、线性度好以及测量范围大的优点,工业应用前景广阔。     

差动式光纤微弯传感器

设计了一种新型的差动式光纤微弯传感器,并对传感器的位移特性和应变特性进行了实验研究。该传感器的特点是不仅可以测量位移、应力、应变等参量的大小,还可以判断参量的方向,且灵敏度比单一传感器增加一倍。实验证明,通过在传感器中加入变形齿限位装置和光纤定位槽,大大改善了差动式光纤微弯传感器的敏感性能和实用性。     

差动式光纤微弯传感器

设计了一种新型的差动式光纤微弯传感器，并对传感器的位移特性和应变特性进行了实验研究。该传感器的特点是不仅可以测量位移、应力、应变等参量的大小，还可以判断参量的方向，且灵敏度比单一传感器增加一倍。实验证明，通过在传感器中加入变形齿限位装置和光纤定位槽，大大改善了差动式光纤微弯传感器的敏感性能和实用性。     

Optical-frequency encoder using polarization-maintaining fibre

A new method for monitoring the frequency modulation of coherent laser light is presented. The measurement system is an optical-frequency encoder which utilizes multireflection in a short polarization-maintaining fiber. The multireflection in each orthogonal polarization mode of the fiber produces beat signals by sweeping the optical frequency. The resultant two beat signals are monitored as an increase or decrease in optical frequency by holding the two signals in phase quadrature. The experimental setup, the principle for obtaining quadrature signals, and the results of monitoring distributed-feedback laser-diode frequency modulation are presented     

High-Resolution Strain and Temperature Sensor Based on Distributed Bragg Reflector Fiber Laser

We present a high-resolution strain and temperature sensor by using a polarimetric distributed Bragg reflector fiber laser. The mean wavelength and polarization beat frequency of the laser output are utilized to determine the strain and temperature of the sensor. Experimental results show that the sensor has a capability of sensing strain and temperature simultaneously, with root mean square deviations of 9.3 mu epsiv and 0.05degC, respectively.     

High-Sensitivity Distributed Bragg Reflector Fiber Laser Displacement Sensor

A high-sensitivity displacement sensor based on the integration of a dual polarization distributed Bragg reflector fiber laser with cantilever beam is demonstrated. The cantilever beam converts the displacement into a transverse force onto the fiber laser which results in a modulation in the fiber birefringence and hence the beat frequency of the laser. A sensitivity of 0.402 GHz/mm is implemented. The sensitivity dependence on the parameters of the transducer is investigated.      

复合滤波结构的窄线宽高频微波信号产生装置

为了在较低泵浦功率下实现单纵模双波长激光信号的输出,进而获得窄线宽的高频微波信号,设计并实验了一种基于复合滤波结构的窄线宽高频微波信号产生装置。通过8字腔结构布里渊增益腔和反射式光纤光栅构成的波长选择滤波器实现了4倍布里渊频移间隔的双波长斯托克斯光信号输出,采用200 m长单模光纤作为增益介质,同时与50 m长单模光纤构成级联光纤环结构,采用三端口耦合器与2 m长未泵浦的保偏掺铒光纤构成萨格纳克环结构,利用级联光纤环结构和萨格纳克环结构的复合滤波作用实现了斯托克斯光信号模式的选择,使输出的斯托克斯光信号由多纵模运行状态变为单纵模运行状态。实验证明:通过对输出的单纵模双波长斯托克斯光信号进行拍频检测可得42.85 GHz的高频微波信号产生,线宽为38 kHz;通过改变可调谐泵浦激光器的输出波长,可实现42.25~43.51 GHz范围内的频率调谐;通过稳定性测试,产生的42.85 GHz高频微波信号的频率变化在0.83 MHz内,峰值功率变化在±0.8 dB内,稳定性良好,满足实际应用需求。     

波长扫描型布里渊光时域反射仪

布里渊光时域反射仪(BOTDR)是一种具有广泛应用前景的分布式光纤传感器。对于特定的入射波长,自发布里渊散射光的布里渊频移与温度和应变成线性关系,通过测量光纤沿线布里渊频移分布可实现温度或应变的分布式传感。布里渊功率谱扫描是BOTDR获取布里渊频移的常用手段,已有光频差扫描与电频扫描两种方式。基于布里渊频移对波长的依赖性,提出一种波长扫描型BOTDR。采用可调谐激光器作为光源,通过扫描入射光波长,来获取布里渊功率谱,该方法兼具光频差扫描与电频扫描的优点。实验证明了该方法的可行性,对23.4km光纤进行测量,实现了5m的空间分辨率与2.2℃的温度测量精度。