基于改进压缩感知的缺损光纤Bragg光栅传感信号修复方法

光纤光栅传感在实际的应用中,存在采样信号数据丢失问题,该文提出一种改进重构算法的压缩感知信号修复方法。根据缺损信号特征,选取与之匹配的观测矩阵与稀疏字典。基于压缩感知重构算法,提出匹配光纤布拉格光栅(FBG)信号特征的自适应阈值函数,同时增设阈值判决条件。分析了信号修复与传感测量精度的关系,采用重建信号的寻峰误差来验证信号的修复效果。仿真结果显示,在FBG光谱数据缺失30%的情况下,恢复信号的平均相对误差为10-6;均方根误差为0.0707,比对比算法低0.0232~0.1159;且系统平均运行时间远低于对比算法,表明采用该文算法修复缺损的FBG传感信号具有较高的重构精度与较好的实用性。     

一种用于合成光纤布拉格光栅的全时域算法

基于离散的光纤布拉格光栅(FBG)模型,推导了时域内的传输矩阵和散射矩阵;根据因果分析,提出了一种全时域的FBG合成算法,它能直接在时域内计算已知FBG的冲激响应.这种算法在迭代求解的过程中仅使用了简单的变换和移位操作,并考虑了光在FBG中多个反射点间的来回反射,能适用于高反射率FBG的重构.FBG合成的数值模拟,证实了这种全时域算法的优越性.     

基于差分演化算法的FBG参数重构技术

文章提出了一种基于差分演化算法的光纤布拉格光栅(FBG)参数重构技术.基于均匀FBG的目标反射谱,可利用差分演化算法寻找一组光栅参数,根据这组参数计算得到的反射谱与目标反射谱偏差最小,该组参数即为重构的光纤光栅参数.数值实例表明,差分演化算法计算效率高,结果精确,是一种实用的参数重构方法.     

健康监测系统中光纤传感器网络优化布置研究

针对健康监测系统中不合理的传感器布置将影响传感器数据采集的有效性,降低监测系统的精度,以基于光纤Bragg光栅(FBG)传感器网络的结构健康监测系统为研究对象,采用逐步积累法,对系统中传感器网络的优化排布方法进行了研究。首先采用Ansys力学仿真软件建立了试验件的有限元模型并进行了加载试验,然后采用仿真获得的数据对传感器排布位置进行了优化,最后按照仿真研究获得的传感器优化位置在试验件上进行了试验研究。结果表明,试验同仿真结果具有很好的一致性,相对于原始传感器网络的排布方案,在相同的系统监测精度下,优化后的传感器排布方案可以采用更少的传感器;如果采用相同数量的传感器,优化后的传感器排布方案可以获得更高的监测精度。     

提高光纤光栅传感器测量精度的研究

在实际应用中,光纤光栅传感器的测量精度受到噪声,成本等因素的制约。为了实现低成本的高精度光纤光栅传感器系统,提出了对光纤光栅反射谱采用自适应阈值小波消噪和B多节点样条拟合插值算法的处理技术,并通过实验和仿真得出自适应阈值小波消噪,有效提高了系统的信噪比,在相同采样精度下拟合插值处理前波长检测的误差为0.01nm,处理后误差为0.0017nm,误差降低了一个数量级。实验结果证明该方法不但可以有效降低噪声带来的读取误差,而且提高了测量Bragg波长漂移量的分辨率,从而实现高精度地测量温度、应变等外界参量。     

Phase reconstruction from reflectivity in fiber Bragg gratings

We propose a method for phase, time delay, and impulse response reconstruction from the spectral power reflectance or reflectivity in fiber Bragg gratings (FBGs). This method is based on causality and stability conditions and uses the Hilbert and Wiener-Lee transforms. In order to obtain a complete study of the algorithm, we have applied it to uniform and nonuniform fiber Bragg gratings. Finally, we get a complete characterization of a experimental uniform fiber Bragg grating, from the measured reflectivity, by means of the phase reconstruction algorithm. Results show a good agreement between exact and reconstructed functions     

色散管理光纤锁模激光器在近零色散域的非线性优化

目前,飞秒激光脉冲因脉冲宽度窄和峰值功率高的特点被广泛运用在多种领域中。其中,色散管理光纤锁模激光器因其特有的腔内呼吸机制使输出的激光脉冲能量更高,光谱更宽、脉宽更窄。使用啁啾布拉格光纤光栅进行色散管理的光纤锁模激光器能够实现真正的全光纤结构,提升激光器的紧凑性和稳定性,因此基于啁啾布拉格光纤光栅进行色散管理的光纤锁模激光器具有更加实际的应用意义。采用数值模拟的方法,研究了基于啁啾布拉格光纤光栅进行色散管理的掺镱光纤锁模激光器中单模光纤在腔内的不同分布对脉冲动力学过程和输出脉冲参数的影响。系统分析了谐振腔内净色散值不同时,腔内单模光纤的分布对脉冲在腔内的动力学过程的影响。模拟结果表明,在腔内净色散值为负时,啁啾布拉格光纤光栅与增益光纤间的单模光纤越短,光纤激光器维持稳定单脉冲运行的最大泵浦强度更高且输出光谱更宽,从而能够获得脉宽更窄的去啁啾脉冲;腔内净色散值越接近零时,啁啾布拉格光纤光栅与增益光纤间的单模光纤长度对输出脉冲参数作用的影响越显著;腔内净色散值为正时,单模光纤在腔内的分布对输出脉冲影响逐渐减弱,优化单模光纤分布提升锁模激光器性能并不明显。最后,提出了一种通过改变单模光纤在腔内的分布来提高激光器输出性能的优化方法。     

不同粘贴方式的光纤光栅压力传感器的研究

理论上分析了光纤光栅的压力传感特性,并采用纵向和横向方式将光纤光栅粘贴在自 行设计、型号为ZXYCO1的平膜片上,并进行了加压和减压的高压实验。实验结果表明:纵向粘贴的光纤光栅压力灵敏度系数比横向粘贴的高几倍,其值分别为87pm /MPa和14pm /MPa左右,其测量精度分别为0. 2% F. S和1% F. S;光纤光栅的中心波长与压力变化有着良好的线性关系、重复性和较高的相关系数,适合于压力测量。     

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.     

光纤布拉格光栅传感器实现应力测量的最新进展

本文阐述了光纤布拉格光栅的特性及其在智能结构中的重要应用。针对这一应用 ,首先简要介绍了光纤布拉格光栅测量应力的原理 ,然后着重介绍了光纤布拉格光栅测量应力的最新进展。这些新的方法分别使光纤布拉格光栅在测量范围、测量精度、多路复用及实用性方面得到了提高或改进。光纤布拉格光栅要达到实际应用仍需对其作进一步的研究 ,以提高其工作寿命 ,找到简便易行的埋入方法 ,并实现信号的高精度、大动态范围的检测等。     

光纤光栅外腔半导体激光器理论模型分析与选取

为了讨论三腔镜近似或耦合腔近似两种等效腔模型对计算光纤光栅外腔半导体激光器等效反射率等参量的近似程度,挑选出最优的理论模型,采用数值计算的方法进行模拟仿真,得到了两种模型在采用切趾光纤Bragg光栅和非切趾光纤Bragg光栅情况下的阈值增益等特性曲线。结果表明,在采用切趾光纤Bragg光栅,特别是切趾深度较大的情况下,采用三腔镜近似模型更加符合实际情况。此研究结果对分析和设计单纵模光纤光栅外腔半导体激光器具有一定的参考价值。     

线阵InGaAs扫描FBG反射谱的传感解调方法

研究并实现了一种基于256像元线阵InGaAs扫描的光纤布拉格光栅传感解调系统。针对线阵InGaAs探测器,分析了光纤光栅反射谱中心波长定位原理,可实现多个FBG光谱的同时解调,单通道解调传感器数量取决于FBG的带宽和中心波长漂移范围。对256个像素点的光谱数据,通过设置的阈值判断反射谱的个数,分别对每一个谱峰进行拟合,基于高斯指数曲线模型实现了寻峰算法,获得了中心波长。搭建FBG解调系统采集光谱数据,寻峰算法的稳定性达到0.5 pm。该解调方法无机械移动部件,实现了多光纤光栅波长寻峰的并行快速响应,波长解调范围为1 525～1 570 nm,为多光纤光栅传感提供了高速解调方案。     

光纤光栅解调系统的寻峰算法研究

为了提高光纤光栅波长解调系统的反射谱寻优精度,利用遗传算法的未成熟收敛性进行了研究.阐明了遗传算法提高解调精度的原理,以可调谐F-P腔的光纤光栅解调系统为基础,验证了算法的可行性和可靠性.使用MAT-LAB对F-P腔滤波光纤光栅解调系统的反射光谱进行寻峰,得到传感光纤光栅的中心波长.分析了算法中初始种群数量、遗传代数、变异率对的寻优结果影响,并得到一组最佳遗传算法参量.算法精度达到3pm数量级,50次重复计算数据标准差小于0.5pm.结果表明,该算法稳定高效、实用性强,可以显著减小噪声对光纤光栅传感系统的影响,提高解调精度.     

Array FBG sensing and 3D reconstruction of spacecraft configuration

In this paper, a plate shape perception technique based on quasi-distributed fiber Bragg grating (FBG) array and space surface reconstruction algorithm is proposed. Firstly, in order to make curvature continuous, the bicubic plane interpolation algorithm is studied. Then, taking the simulated satellite bulkhead structure as the research object, we research the space surface reconstruction algorithm based on orthogonal curvature and coordinate transformation (translation and rotation). Finally, a four-sided fixed plate deformation monitoring system based on quasi-distributed FBG sensors network and surface reconstruction algorithm is built. Many experiments are conducted to verify the reliability and accuracy of the algorithm. The proposed algorithm provides a new method for three-dimensional reconstruction of spacecraft structure.     

基于BP算法和FBG传感的复合材料冲击定位检测技术

复合材料在服役过程中易受到外部的低能量冲击,造成不可见损伤,为了监测复合材料健康状况,将光纤布喇格光栅(FBG)传感网络粘贴布置于碳纤维复合材料表面,采用基于反向传播(BP)神经网络系统的智能复合材料冲击定位识别技术,获取FBG传感的时域信号响应值,从而进行了复合材料冲击位置的预判.结果表明,BP神经网络算法具有非线性...     

随机相位误差对光纤光栅的影响

利用耦合波理论,分析了由于相位掩模板的接缝误差及光纤光栅写入过程中引入的相位误差对光纤光栅特性的影响.通过数值模拟,得到了随机相位误差对不同啁啾量的线性啁啾光纤光栅的影响.讨论了在通信系统中用光纤光栅进行色散补偿时,应该如何选取光纤光栅的啁啾量.     

Inverse scattering algorithm for reconstructing strongly reflecting fiber Bragg gratings

We demonstrate a new inverse scattering algorithm for reconstructing the structure of highly reflecting fiber Bragg gratings. The method, called integral layer-peeling (ILP), is based on solving the Gel'fand-Levitan-Marchenko (GLM) integral equation in a layer-peeling procedure. Unlike in previously published layer-peeling algorithms, the structure of each layer in the ILP algorithm can have a nonuniform profile. Moreover, errors due to the limited bandwidth used to sample the reflection coefficient do not rapidly accumulate along the grating. Therefore, the error in the new algorithm is smaller than in previous layer peeling algorithms. The ILP algorithm is compared to two discrete layer-peeling algorithms and to an iterative solution to the GLM equation. The comparison shows that the ILP algorithm enables one to solve numerically difficult inverse scattering problems, where previous algorithms failed to give an accurate result. The complexity of the ILP algorithm is of the same order as in previous layer peeling algorithms. When a small error is acceptable, the complexity of the ILP algorithm can be significantly reduced below the complexity of previously published layer-peeling algorithms.     

基于数字相关匹配的光纤光栅非对称反射峰解调算法研究

光纤布拉格光栅(FBG)在封装时易出现非对称反射峰,传统拟合方式对此现象解调误差大.针对这一问题提出了一种基于数字相关匹配的光纤光栅解调新算法.采用Matlab仿真和水浴实验对此算法进行了检验,证明该算法的可行性及有效性.实验结果表明:在FBG存在非对称反射峰现象时,所提出的算法比传统高斯拟合算法误差减小约67％.基于数字相关匹配的光纤光栅解调算法扩大了解调算法的运用范围,提高了非对称峰时的解调精度,保持了光纤光栅的有效传感.     

光纤布拉格光栅传感器解调系统

光纤布拉格光栅传感器的核心技术在于波长解调,这也是这种器件能否实用化的关键;本文分析了光纤布拉格光栅作为传感器的独特优势,给出了光纤布拉格光栅传感的基本原理;对近几年来国内外研究工作者所用到的波长解调方法如匹配解调法、可调谐激光器法、干涉法、滤波法等做了详细的介绍,阐述了相应的系统设计方案,并对各种方法的优、缺点进行了分析和访论;叙述了光纤光栅传感器在桥梁、大坝等大型建筑结构健康检测方面应用的实例。最后访论了光纤光栅传感器在进一步实用化中需要解决的难题,并展望了光纤光栅传感器的前景。     

Rogowski线圈的FBG电流传感器研究

电流是电力设备进行计量、监控和保护的重要参量,对其准确测量是电力系统安全、稳定、可靠和经济运行的保证。研制了一种Rogowski线圈、叠堆压电陶瓷和光纤Bragg光栅组合成的测量大电流的电流传感器。利用Rogowski线圈把高压侧大电流线性地转换为低电压,输出电压加在叠堆压电陶瓷上,由逆压电效应,叠堆压电陶瓷伸缩带动光纤Bragg光栅伸缩,将叠堆压电陶瓷的应变线性转换为光纤Bragg光栅的中心反射波长的移位,增加温补光栅消除环境温度的影响,通过测量光纤Bragg光栅中心反射波长的移位来测量电流的大小。测试结果表明,该电流传感器的灵敏度为0.071 8pm/A,非线性误差为3.47%FS,滞后误差为4.17%FS,重复性误差为4.17%FS。