光纤陀螺用Y分支集成光学调制器的研究

介绍了光纤陀螺的工作原理,依据与惯性空间作相对转动导致的Sagnac效应,对光纤陀螺的关键器件即集成光学调制器进行了分析;运用导出的基本公式,对研制光纤陀螺普遍采用的铌酸锂Y分支集成电光波导调制器的驱动电压和调制带宽参数进行了计算,计算结果为该调制器的设计提供了可靠数据。     

集成光学相位调制器相位漂移补偿方法研究

铌酸锂集成光学相位调制器是数字闭环光纤陀螺的核心器件.其半波电压随温度的变化和调制解调电路反馈通道增益的变化直接影响相位调制器调制特性,产生相位漂移,从而影响了标度因数的稳定性.为了补偿相位调制器的相位漂移,提高标度因数的稳定性,提出引入了第2反馈回路的四状态偏置调制方法,给出了偏置调制方程,并分析了偏置相位的选择对系统信噪比的影响.对采用四状态调制的光纤陀螺进行测试,所得标度因数稳定性比单闭环方波调制方案提高了近一倍.结果证明,该方法对光纤陀螺标度因数稳定性的提高是有效的,具有重要意义.     

反射式光纤位移传感器的研究

本文主要致力于反射式光纤位移传感器的研究。给出了光纤位移传感器的具体的设计方案,即根据光纤反射调制原理进行了反射式光纤位移传感检测系统的设计,采用计数器外径干分尺的测头镜面作为反射体和位移测量工具,分析了位移测量装置和传感器检测电路。实验表明,在0～2mm范围内检测系统的输出与位移成线性关系,灵敏度为196μV/μm,线性度为26％。适于微位移的测量。     

提高光学电压互感器稳定性的方法

为了提高光学电压互感器的测量精度,提出了提高其稳定性的方法。工作时,高电压直接作用在Pockels电光晶体BGO上,特别是基于双光路技术的光电传感元件OPS用作检测具有很多优点,抑制了电场扰动而提高了灵敏度。然后,对以DSP为核心的数字电路和软件设计进行了深入的研究。这样,这种OPS的稳定性(特别是温度稳定性)、灵敏度和线性得到明显提高。最后对OPT进行了精度检测,能实现0.2%的精度要求。     

铌酸锂光纤声电光调制器

制作了一种新型光纤声电光调制器,在原有光纤声光调制器的基础上增加了一对直流电极,通过电光效应改变器件的中心频率,使应用更具有灵活性.声电光效应包括声光效应和电光效应,其中声光效应同时起到光调制与光偏转的作用.给出了声电光衍射效率的计算公式,讨论了最佳声电光工作模式的选定,计算了铌酸锂反常声光互作用几何关系,设计制作了铌酸锂光纤声电光调制器,测试了其相对衍射效率分别随电信号功率和直流电压变化的曲线,实验结果和理论相符.     

微光纤环形谐振腔微电光效应的研究

对氧化硅微光纤环形谐振腔的电光效应进行了研究,分析了微电流调制下微光纤环形谐振腔输出光谱的特性。实验结果表明,在微电流调制下由电光效应引起的微环谐振腔输出谐振波长漂移的灵敏度为~500 pm/A,通过使用光纤光栅,实验测得由金属导线热效应引起的谐振峰漂移量远小于电流调制引起的谐振峰漂移。该微光纤环形谐振腔由于品质因素高、体积小、成本低,因此在发展电光调制的光纤在线滤波器及MEMS器件的微电流测量方面具有潜在的研究价值。     

电光混合型光学双稳态装置研究

本文综述我们在电光混合型光学双稳态方面进行的研究。包括电光非线性法布里—珀罗光学双稳装置、扫描法布里—珀罗光学双稳装置、非线性反馈偏振调制光学双稳装置、电光非线性麦克耳逊光学双稳装置、光波导电光调制光学双稳装置以及最近实现的光波导TE—TM 模干涉调制光学双稳装置等。     

基于TE/TM模式转换的偏振不敏感调制器

提出了一种能实现偏振不敏感调制的新方法：基于TE／TM偏振模式转换的聚合物电光调制。该器件的电极设计只使用了高（极化和调制）效率的微带线结构，与文献中报道的利用共面电极和微带线电极的组合实现偏振无关调制的器件相比，其半波电压的理论值更低。     

水凝胶在光纤传感应用方面的研究进展

水凝胶光纤传感器具有不导电、重量轻、抗电磁干扰及良好的生物相容性等优点,因此在生物传感等多个领域得到了广泛应用。综述了水凝胶在光纤传感的3种调制类型,包括强度调制型、相位调制型和波长调制型。最后针对每种类型的光纤传感器列举了其在葡萄糖检测和pH值测量等方面的应用。     

高精度数字闭环光纤陀螺的调制增益控制

高精度光纤陀螺广泛采用数字闭环处理的方案,因此闭环增益控制的误差将会影响到陀螺性能.从光纤陀螺的信号处理原理出发,分析了光纤陀螺的关键器件Y波导的半波电压波动对陀螺精度的影响,并针对此提出了光纤陀螺调制增益控制的原理.根据该原理,设计了基于四态调制的双闭环数字信号处理方案,用来对调制增益漂移进行实时跟踪和补偿.实验结果表明,该方案提高了陀螺的零偏稳定性以及标度因数线性度,改善了陀螺性能.     

光谱吸收型光纤气体传感器及解调系统

基于光谱吸收型气体传感器的传感机理,搭建了实验平台,研究了基于一、二次谐波幅度比值法实现气体浓度检测的可行性,设计了一种新型的光纤气体传感器;基于32位嵌入式软核处理器NiosⅡ和FPGA技术设计了光纤气体传感器的解调系统.实验结果表明,该光纤气体传感器及其解调系统具有易维护、高速、高分辨率、高精度等优点.     

电网故障行波传感器研究及测试

传统的电容式电压互感器在高频段不具良好的响应特性,不能满足电压行波测量的相关要求,电压行波故障定位法的发展也因此受到一定限制。该文基于Rogowski线圈原理设计穿芯式行波传感器,其通过测量电容式电压互感器(CVT)的入地电流行波来检测线路电压行波,能有效传变线路电压行波信号,无需高速采集系统,可应用于电压行波故障定位装置。该文实验测试穿芯式行波传感器的传输特性,包括频率响应特性、高频暂态行波信号响应特性、工频特性、耐压特性以及抗干扰特性。实验结果表明:该传感器能有效传递10 kHz^2 MHz频率范围内的行波信号,从而防止接地线泄漏工频电流信号传递到二次侧,避免后续装置误动。     

基于分布式光纤传感器的管涌监测系统

针对水利工程输水堤坝管涌难以实时监测的问题,结合分布式光纤传感器应变检测灵敏度高及FPGA并行运算快的特点,设计了基于光纤全分布式传感器与FPGA数字解调算法的堤坝管涌实时探测系统。首先利用双Mach-Zehnder干涉组成的光纤全分布式传感应变检测系统感知管涌导致的应变,之后通过计算由应变导致的调制信号到达两光电探测器的时间差确定管涌渗漏点。系统采用频率分选机制在信号调理电路实现信号筛选,评定渗漏程度,由FPGA实现数据采集、滤波、存储及解调,有效缩短了解调时间及定位误差。结果表明,系统可对2公里范围内的管涌渗漏事件进行有效定位报警,定位误差在±8m以内。     

一种基于信号处理的光纤液体温度传感器

介绍了包层折射率随温度变化的光纤温度传感器的原理,并设计了一种利用液体作为包层的光纤液体温度传感器.该传感器采用了有效的硬件和软件补偿技术,硬件补偿就是利用差动放大器消除光源波动.软件补偿就是采集一些数据,利用数据融合的方法建立一个关于电压随温度变化的经验公式.这样就可以基本消除光源和探测器受温度因素的影响.     

基于光纤振动传感器与FPGA的石油管道安防系统

针对石油管道铺设于土壤中发生泄漏难以检测的问题,结合光纤振动传感器高灵敏度与FPGA高扫描速度的特点,设计了基于FPGA和光纤振动传感器的石油管道安防系统。首先采用光纤传感器检测故障点振动,再通过计算由振动调制的信号传到两端基站的时间差确定管道泄漏点。系统采用雷达辐射信号分选算法在FPGA中实现信号的筛选,采用授时精度高达15ns的U-blox授时芯片保证不同基站的时间一致,采用“双基站源-双向定位”方式有效平均定位误差。结果表明,系统可对5.5km范围内管道的泄漏事件进行有效报警定位,定位误差在30mm范围内。     

光纤脉宽调制多路电视传输技术

本文研究了采用脉宽调制(PWM)方式来实现光纤多路电视信号传输,通过频谱分析,论证了根据自然采样原理实现脉宽调制的方法,不仅可以消除传统调制方式中存在的非线性失真,而且减小了边带分量的干扰,还具有解调简单、适于多路传输的优点。在此基础上,本文提出了一种用于CATV系统的脉定调制光纤多路电视传输方案,并为实现该方案进行了线路设计和传输试验。试验的结果表明,采用PWM方式实现2路V道电视信号的直接传输是可能的。     

电磁超声用大功率高频激励源研制

为了提高电磁超声换能器的换能效率,采用大功率高频激励源是一种有效的解决方法.针对提出的一种DE类射频功率变换器技术,建立了DE类射频功率放大器拓扑结构及其电路参数的设计方法.通过对DE类功率放大器电路仿真分析,利用TMS320F2812型数字信号处理器( digital-signal-processing,DSP)作为主控芯片,结合外围温度传感器、电流传感器、电压传感器实现了大功率高频激励源的驱动控制.通过选取UCC27531作为金属氧化物半导体盗效应管( metal-oxide-semicondutor-field-effect-transistor,MOSFET)驱动芯片,并以IRFP460作为开关器件构建变换器主电路,实现了功率MOSFET的高速驱动.实验结果表明：基于DE类谐振变换器设计的激励源,工作状态稳定,性能指标达到最大输出功率1.1 kW、负载电压峰峰值约270 V、负载电流峰峰值约26 A、最高输出频率1 MHz,能够满足电磁超声换能器的工作要求.     

1000kV特高压交流电晕笼淋雨控制系统

为了满足1 000 kV特高压交流电晕笼的特高压试验要求,介绍了特高压电晕笼的淋雨装置基本原理和结构,对特高压电晕笼的变频器雨量控制系统的设计进行了详细的描述,并基于ModBus通讯协议开发了雨量控制软件,实现了淋雨装置不同雨量的自如模拟,为开展特高压交流线路电晕试验提供了试验条件.     

用于高电压技术下的光电压传感器

介绍230kV光电压传感器的结构和测试.这种光电压传感器采用三个电/光电场传感器,其安装位置和输出都分别按照求积分的方法选择和组合,以获得电压测量值.即使在现场环境改变而引起电场干扰的情况下,该光电压传感器输出的电压测量值也满足IEC0.2%级标准.