一种全光纤电流传感器温度补偿方法

为了解决传感光纤的弯曲、扭转以及外界工作环境的变化导致全光纤电流传感器测量精度降低的问题,提出了一种基于输出椭圆偏振光长轴斜率的全光纤电流传感器温度补偿方法。论证了椭圆偏振光长轴斜率能够反应输出椭圆偏振光的光椭率的大小,利用TMS320F28335和对应算法求出斜率,实验中使用输出椭圆偏振光长轴斜率对传感器进行修正并进行了实际测量。结果表明,基于该修正方法的测量系统,实现了在单次变温条件20℃~60℃内变化时测量结果偏差满足0.2s。这一结果对全光纤实用化研究是有帮助的。     

光纤电流互感器λ/4波片温度特性及其影响研究

λ/4波片是通过截取适当长度的保偏光纤制作的,它的相位延迟会随温度的变化而改 变。利用这一特性,可以补偿由于λ/4波片相位延迟变化造成的互感器尺度因子变化,同时也可以测量光纤电流互感器传感头的温度,补偿维尔德(Verdet)常数的温度影响,提高光纤电流互感器的测量精度。     

保偏延迟光纤环偏振串音对光纤电流互感器的影响

利用保偏延迟光纤环的偏振耦合模型,考虑幅值较大的互易性寄生波列,计算了光纤电流互感器(FOCS)光路系统的干涉光强,得到了互感器变比与延迟环偏振串音之间的理论关系,揭示了延迟环偏振串音的温度相关性对互感器变比的影响机理,并提出了抑制方法。为保证变温环境下互感器的变比误差在0.2%以内,延迟环的偏振串音应低于-30dB。实验结果表明:在绕制延迟环的过程中,降低绕环张力、减少胶的用量,采用低温度系数骨架可有效地改善互感器变比的温度稳定性,在-40℃!70℃范围内,互感器变比的变化量由0.63%降低至0.07%。该研究为光纤电流互感器中保偏延迟光纤环的设计和绕制工艺提供了理论指导。     

基于双光纤光栅的光学电流互感器设计

通过采用双光纤光栅交叉结构设计的电流互感器,实现了基于方形超磁致伸缩材料和光纤Bragg光栅的电流互感器的温度补偿,同时实现了对超磁致伸缩材料受热膨胀带来的光纤Bragg光栅中心波长的应变漂移的补偿,提高了基于双光纤光栅的光学电流互感器的测量精度。     

光纤电流互感器用半导体激光器数字驱动电路设计

半导体激光器的输出性能直接决定了光纤电流互感器的测量精度和长期运行稳定性。为提高光纤电流互感器的测量精度与稳定性,设计了一种高精度半导体激光器数字驱动电路。以STM32微控制器为控制核心,利用高精度电流源芯片ADN8810实现驱动电流的精密控制,同时采用集成温控芯片MAX1978通过控制半导体制冷片的工作电流实现对激光器温度的精确控制。经实验测试,其输出电流稳定度为0.028%,温度控制稳定度为0.18%,激光器输出光功率稳定度达到0.06%,输出波长稳定度为0.05pm。该设计能够满足光纤电流互感器对光源输出性能的要求。     

高精度准分布式光纤光栅传感系统的研究

利用一个经过温度补偿封装的长周期光纤光栅解调系统中所有测量点的传感光栅的波长漂移,实现了实时、高效解调的准分布式测量.理论研究表明该系统适用于对温度、应变等参量的多布点准分布式测量.并以温度为例从实验上研究了高精度的准分布式光纤光栅传感系统.通过改善每个测量点的测量精度来提高整体系统的测量精度.利用金属槽对传感光纤布喇格光栅进行增温敏封装,使其温度灵敏系数比普通裸光栅提高了3.6倍,并利用经过温度增敏封装的光栅作为传感元件,在110℃(-50 ℃-60 ℃)的动态范围内实现了精度为0.04- ℃的多布点准分布式温度测量,理论分析与实验结果一致.     

温度对光纤光栅反射波长漂移量的影响

设计建立了一套光纤光栅温度传感实验装置,研究了温度对光纤光栅反射波长漂移量的影响。分别对升温和降温过程中光纤光栅反射波长进行了测试,得到了升温和降温过程每度反射波中心波长平均漂移量,分析讨论了波长漂移与温度的变化方向的关系和温度传感响应速度等问题。结果表明,光纤光栅温度传感器响应速度很高,反射波长漂移量与温度具有比较好的线性关系,且与温度的变化方向无关。     

基于可调谐FP滤波器的光纤光栅解调系统

为了进一步提高光纤光栅解调系统的性能,提出和研究了一种新颖的基于可调谐F-P(Fabry-Perot)滤波器的光纤光栅解调技术,并以此为基础构建了探测系统。系统使用一个固定波长的参考光纤光栅作为波长参考元件,通过对传感光纤光栅与参考光纤光栅的波长测量与差值运算,消除了可调谐FP滤波器腔长漂移对测量精度的影响。给出压电陶瓷电压对应的伸长量,有效地减小了压电陶瓷非线性对测量的影响,提高了光纤光栅波长的测量精度。在测量范围内,最大非线性偏差为0.5%。     

光纤光栅动态称重技术的研究

在实验室内搭建了一套光纤动态称重系统,该系统是基于普通单模光纤光栅传感技术。在实验小车经过支撑称重台面的金属弹性体时,将引起弹性体形变,采用光纤光栅传感器监测这一形变。通过分析光纤光栅解调仪采集到的光纤光栅传感信号,反演出实验小车的质量。实验结果表明系统精度优于±3%。该系统采用实时校准光纤光栅传感器基准传感波长方法,消除了环境温度对测量结果的影响,具有自温度补偿功能。     

满足0.2级的光纤电流互感器信噪比分析

电流比值误差和相位误差是检验互感器的重要指标,噪声对其有较大影响.光纤电流互感器不同于传统电流互感器的重要特征之一即是存在较大噪声,在测量小电流时表现尤为显著,已经成为阻碍光纤电流互感器实用化进程的重要难题.分析了高斯白噪声背景下电流比值误差和电流相位误差的统计特征,研究了0.2S级下电流互感器数字输出信号信噪比所需满足的条件,探讨了电流互感器信噪比的计算方法以及影响信噪比的因素,并设计实验验证了理论分析的正确性.分析表明,为满足0.2S级光纤电流互感器信噪比需达到136,在额定电流以及数据更新率一定的情况下,仅有通过降低噪声以及增加敏感线圈缠绕圈数的方法可以提高系统信噪比.     

光纤环形谐振腔输入功率波动对谐振式光纤陀螺的影响

谐振式光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的高精度惯性传感器。作为一种互异性噪声,光纤谐振腔输入功率的波动会造成陀螺的检测误差。首先,分析了光纤谐振腔输入功率波动产生噪声的机理。通过对不同输入功率下的谐振腔传输特性和陀螺解调输出的理论及实验分析得到了谐振腔输入功率波动引起的检测误差的表达式。当输入角速度为500（）/s、输入功率为0.69 mW时,0.007 5 mW的功率波动会引起5.26（）/s的检测误差。其次,研究了谐振腔输入功率波动对陀螺标度因数的影响。通过计算发现随着输入功率波动的增大,解调曲线的线性区将会发生扭曲,同时陀螺的标度因数非线性度会恶化,为谐振式光纤陀螺中输入功率波动噪声的估测提供了参考。     

泵浦功率对掺铒光纤光源性能影响的实验研究

超荧光掺铒光纤光源技术是高精度光纤陀螺的关键技术之一,其优劣直接影响陀螺的性能。在完成铒纤长度优化设计的基础上,实验分析了泵浦功率对掺铒光纤光源平均波长以及带宽的影响,同时在-20-60℃的温度范围内,测量了不同泵浦功率条件下掺铒光纤光源平均波长、带宽和输出功率随温度的漂移。实验结果表明,当泵浦功率在60—120mW范围内时,平均波长受泵浦功率的影响约为-6．5ppm／mW,可以根据光纤陀螺对输出功率和带宽大小的要求在此范围内选择合适的泵浦功率。最终装配样机的平均波长的长期稳定性（6h）达到5ppm（峰-峰值）,短期稳定性（1h）达到2ppm,可以在此基础上定制合适的光纤光栅滤波器,对ASE光谱进行滤波,使谱形满足高精度光纤陀螺的要求．     

Experimental Research on Erbium-doped Superfluorescent Fiber Source

The effects of the variations in fiber length, fiber mirror reflectance on efficiency and output power are experimentally investigated for erbium-doped double pass backward superfluorescent fiber sources (SFSs). The influence of fiber length on mean wavelength stability (MWS) has also been demonstrated. By incorporating a short section of un-pumped erbium-doped fiber (EDF) at the output port, the pump power dependent on MWS becomes independent of pumped EDF length. This is a novel phenomenon that hasn‘t been reported up to now,and should be helpful to SFS fabrication and theory analysis. By using a fiber Michelson interferometer as spectrum slicing component,a multi-wavelength fiber source (MWFS) with ～20 channels (from 1542nm to 1559nm) is got. The MWFS has a channel spacing of ～0. 8 nm which satisfies ITUstandard. The intensity fluctuation among channels is less than 0.5dB,and the extinction ratio of all channels is above 14dB. This kind of MWFS should be useful to wavelength division multiplexing systems.     

基于啁啾莫尔光栅的可调波长掺饵光纤环腔激光器

A simple and cost-effective wavelength-switchable fiber ring laser based on a chirped moire fiber grating (CMFG)and an erbium-doped fiber amplifier (EDFA) is proposed,and stable wavelength Iasing oscillations at room temperature iS experimentally demonstrated.To serve as a wavelength selective element,the CMFG possesses excellent comb-like filtering characteristics including stable wavelength interval and ultra-narrow passband.and its fabrication method iS easy and flexible.The measured optical signal-to-noise ratio reaches the highest value of 50 dB and the power fluctuation of each channel output iS less than 0.5 dB within an hour.The output laser power of different channels is almost identical(difference of less than 1 dB) within the tunable range.Methods to optimize the laser performance are also discussed and the superiority of the CMFG iS experimentally demonstrated.     

基于光电振荡器的长度测量方法温度误差

基于光电振荡器的距离测量方法将包含待测长度的空间光路耦合入光学谐振腔,通过测量振荡频率得到被测距离,借助振荡频率对谐振腔长的高敏感特性,具有实现大尺度高精度距离测量的潜力。但是长光纤作为谐振腔中的高Q值器件,容易受环境温度影响,导致测量精度及稳定性严重恶化。文中理论分析了温度变化对距离测量的影响,建立并分析了温度误差与温度变化、光纤长度的关系。针对温度误差提出了系统参数优化方法,进行了不同长度光纤与温度误差的实验,实验结果与误差模型相符,为测量误差补偿奠定了基础。     

单波长单光纤时间双向传递的研究

针对温度和光波长对光纤传输时延的影响,研 究了单波长单光纤时间双向传递方法,传输距离 为2km的单波长单光纤时间双向传递的同步精度为27.5ps,抖动峰 峰值为209ps,测试结果显示单波长单 光纤时间双向传递方法能减小温度和波长对光纤传输时延的影响和提高时间传递精度。随温 度和波长变化 的光纤传输时延是影响光纤时间双向传递精度的主要因素,用Matlab定量分析了温度 和波长对材料色 散、折射率及光纤传输时延的影响,并且理论分析了单波长单光纤时间双向传递的同步精度 。     

A Stabilized and Tunable Single-Frequency Erbium-Doped Fiber Ring Laser Employing External Injection Locking

A stabilized and tunable single-longitudinal-mode erbium-doped fiber ring laser has been proposed and experimentally demonstrated. The laser is structured by combining the compound cavity with a fiber Fabry-Peacuterot tunable filter. An injection-locking technique has been used to stabilize the wavelength and output power of the laser. One of the longitudinal modes is stimulated by the injected continuous wave so that this mode is able to win the competition to stabilize the system. A minimum output power of 0.6 dBm and a signal-to-noise ratio of over 43 dB within the tuning range of 1527-1562 nm can be achieved with the proposed technique. A wavelength variation of less than 0.01 nm, a power fluctuation of less than 0.02 dB, and a short-term linewidth of about 1.4 kHz have also been obtained     

Temperature-Induced Instabilities in Macro-Bend Fiber Based Wavelength Measurement Systems

An investigation of temperature-induced instabilities in a wavelength measurement system based on macro-bend fiber filter used in the ratiometric scheme are presented. Two wavelength measurement systems based on macro-bend fiber, a standard low bend loss single-mode fiber filter based system and a high bend loss fiber filter based system are considered. In the case of a low bend loss fiber filter based system, the oscillatory variation in the ratio response with temperature and the difference in the temperature-induced ratio variation at different wavelengths makes the temperature corrected calibration of the system unfeasible, which is essential for precise wavelength measurements. The high bend loss fiber filter based system is more sensitive to temperature than the low bend loss fiber filter based system, but critically for the high bend loss fiber filter based system the ratio has a linear variation with temperature, which can be corrected by a suitable temperature calibration process. Comprehensive studies on the temperature dependence of both the macro-bend fiber filter system and its effect on wavelength measurements are presented in this paper.      

用于海洋井下温度检测的反射式光纤传感器及补偿技术

利用半导体材料吸收光谱的临界极限值随温度变化发生移动而导致出射光强改变的特性 ,实现了海洋井下温度的检测。描述了反射式光纤传感器的结构和测量原理。提出了共光路参考测量结构的设计和节点式误差补偿技术 ,详细的理论分析表明 ,提出的传感器系统可以有效地改善光源强度波动、光电探测器件的响应度和电路的放大倍数差异等对测量带来的误差影响 ,从而可以适应海洋井下长期恶劣的工作环境 ,保证一定的测量稳定性。该传感器可以实现 - 2 0～ 175℃的温度测量范围。     

高平均波长稳定性超荧光光纤光源

光纤陀螺要求其光源具有高功率、宽谱输出,同时在大温度范围内仍具有好的平均波长稳定性。为了满足-45℃~70℃大温度范围的应用需求,采用双程后向抽运、法拉第旋转反射、带通滤波等技术手段,对光纤材料和器件进行大温区全局优化,以改善超荧光光纤光源的平均波长稳定性。理论分析了不同中心波长和带宽的带通滤波器以及光纤长度等参量对平均波长稳定性的改善效果,以及和光谱带宽的关系。按照设计结果选择滤波、光纤长度等参量,通过对-45℃~70℃全温区范围进行系统全局优化设计,得到输出功率为32mW,功率稳定性为0.65%,光谱带宽为12.5nm,光源平均波长变化量为23.5×10-6。结果表明,平均波长稳定性在0.5×10-6/℃以下的高稳定性超荧光光纤光源中,32mW输出功率非常高;所得的0.2×10-6/℃是115℃大温差范围、30mW以上超荧光光纤光源中非常优异的平均波长稳定性指标,满足光纤陀螺对光纤光源的要求。