干涉型光纤传感器相位漂移的无源解决方法

相位漂移是干涉型光纤传感器实际应用中遇到的关键问题之一。提出了一种基于线性控制原理的无源解决方法,利用干涉仪的输出信号得到一个误差信号对光源波长进行调节,在非平衡干涉仪中产生一个补偿相位,对各种噪声引起的相位漂移进行补偿,从而使干涉仪一直工作在最灵敏的地方,实现了无源线性检测。搭建实验系统,利用该方法对某一干涉型光纤水听器进行了测试,结果表明该光纤水听器被很好地控制在正交工作状态,获得了稳定的输出信号。在20~2500 Hz频率范围内,该光纤水听器的声压灵敏度为-156.5 dB(0 dB=1 rad/μPa),频响波动<±1.2 dB,与采用相位载波(PGC)调制解调方法测得的结果一致,从而验证了该方法的可行性。     

一种用于干涉型光纤传感器动态相移测量的J0-J1法

提出了一种用于干涉型光纤传感器动态相移测量的J0-J1法,实现了无源零差检测,而且信号解调算法简单,检测频带宽。详细介绍了该方法的基本检测原理,并对解调误差进行了理论分析与仿真,得出了系统能够检测的最大动态相移幅度与干涉仪的工作点允许变化的范围相互制约的结论。编写了实时的信号采集、处理程序,对某一干涉型光纤水听器探头的声压灵敏度进行了测量。在频带20~1300Hz上,平均声压灵敏度为-162dB(0dB=1rad/μPa),波动<±1.0dB,单频点500Hz的灵敏度变化<±0.5dB,与采用相位载波(PGC)调制解调法测量的结果基本一致,验证了J0-J1法的可行性。     

基于相位载波调制解调技术的全保偏光纤水听器

报道了基于相位载波调制解调技术的全保偏光纤水听器研究结果.采用全保偏光纤干涉仪结构消除了偏振不稳定性,运用相位载波调制解调信号处理技术消除相位随机漂移引起的干涉信号衰落的影响,实现了对声信号的稳定检测和光纤水听器探头的全光纤化.实验测得在20～1 600 Hz频段,光纤水听器的相位灵敏度约为-162.5 dB,灵敏度的起伏为±0.7 dB,500 Hz单频点的灵敏度变化小于0.1 dB.     

光纤干涉仪动态相移测量的新方法及应用

提出了一种光纤干涉仪动态相移测量的新方法.该方法无需对光源进行调制,直接利用干涉信号的直流量和一次谐波分量,通过构造匹配函数的方法求解动态相移,实现了无源零差检测,而且具有信号解调简单、工作频带宽等特点.为了验证该方法的有效性,搭建了一个全保偏Mach-Zehnder光纤干涉仪系统,对压电陶瓷(PZT)产生的模拟动态相移进行求解.结果表明,求解得到的动态相移幅度与加载在PZT上的电压具有很好的线性关系,这与PZT的低频小信号特性一致.最后将该方法用于干涉型光纤水听器声压相位灵敏度频响的测量,实验结果与采用相位载波调制解调方法获得的结果基本吻合.     

基于铒镱共掺分布布拉格反射式光纤激光器的有源光纤水听器声压灵敏度

对基于铒镱共掺分布布拉格反射式光纤激光器(DBR-FL)的有源光纤水听器进行了研究.制作了腔长为8 cm的铒镱共掺DBR-FL,在抽运功率为50 mW时,激光器的输出功率达到0.263 mW;采用带法拉第旋镜的迈克尔逊干涉仪和相佗载波(PGC)解调方案,解调出施加在铒镱共掺DBR-FL有源光纤水听器的声信号,并通过与标准压电水听器对比得到声压灵敏度;对单频信号进行多次测量,声压灵敏度的波动小于±0.6 dB;测量了80 Hz到2.5 kHz频率范围的响应曲线,除125 Hz,200 Hz和250 Hz三个频点外,声压灵敏度已达到或超过部分文献报道中干涉型光纤水听器的灵敏度;与基于DFB-FL的有源光纤水听器做了对比测试,结果表明频率响应不平坦是未对水听器进行封装和测试系统引起的.     

光纤水听器时分复用系统通过3×3耦合器信号解调的一种新算法

提出了在光纤水听器时分复用系统中采用3×3耦合器解调信号的一种新算法。在该方案中,光纤水听器仍为2×2耦合器结构,3×3耦合器作为匹配干涉仪,利用其三路输出的线性组合和数字反正切技术实现信号解调,解调中使用的参数通过奇异值分解和椭圆拟合得到。该方案不需要载波调制,可实现光纤水听器近似等臂干涉,有利于抑制系统相位噪声。算法的运算量小且适用于一般的非对称3×3耦合器,解调的动态范围很大。最终利用该方案实现了两路光纤水听器时分复用的实验系统,在1 kHz时,系统的噪声本底为31μrad/Hz,动态范围超过125 dB,串扰小于64 dB。     

分布反馈光纤激光水听器相位一致性的测试方法

在传统压电水听器相位一致性测试的基础上提出了分布反馈(DFB)光纤激光水听器相位一致性的测试方法,并搭建了测试系统.采用偏振无关的非平衡迈克尔逊干涉仪和归一化的相位载波(PGC)解调方案,解调出光纤激光水听器感受的水声信号,并与参考压电水听器作对比,使用高精度相位检测器将两信号转化为相位差信号:重复测量第二支光纤激光水...     

远程光纤水听器系统中传输光纤引入噪声的抑制

远程传输光纤受环境的影响会在水听器系统中引入噪声,利用迈克耳孙光纤干涉仪模拟光纤水听器,搭建了远程光纤水听器系统,采用参考干涉仪法解调对传输光纤引入的噪声进行抑制。实验结果表明,与常用的相位产生载波技术(PGC)解调相比,参考干涉仪法解调在不影响传感水听器对声信号检测能力的情况下,对传输光纤引入的扰动噪声能进行良好的抑制,频率为500 Hz噪声的抑制量可达到约25 d B,同时该方法使传感水听器系统中100 Hz位置的本底噪声也降低了17 d B。     

基于3×3耦合器的光纤水听器时分复用系统的光强补偿方法

提出一种在光纤水听器时分复用系统中以3×3耦合器作为匹配干涉仪的光强补偿方案,光纤水听器仍为2×2耦合器结构。该方案以时分复用中的非干涉脉冲作参考光强,通过对3×3耦合器两路输出进行简单数学运算并结合数字反正切技术实现信号解调,光强波动和耦合器分光比变化导致的信号畸变得到有效抑制。算法不需要载波调制,可实现光纤水听器近似等臂干涉,有利于降低系统相位噪声。算法的运算量小且适用于一般的非对称3×3耦合器,解调动态范围大。利用该方案实现了8路光纤水听器时分复用实验系统,在光功率变化约10%时,光强补偿方法可将总谐波失真平均值降低30dB,系统噪声本底在信号频率为1kHz时小于30μrad/Hz1/2。     

干涉型光纤水听器移频正交解调方法

干涉型光纤水听器将目标声压信号调制在激光相位上,需要进行相位解调才能恢复出目标声压信号。提出一种干涉型光纤水听器移频正交解调方法,采用移频与延时装置产生一个具有固定光频差的激光脉冲对,配合光纤水听器单元的两条干涉臂之间的特定程差,形成正交信号,同时利用干涉脉冲和参考脉冲的幅值比例关系,主要依靠简单的数学乘加运算即可实现相位解调。实测结果表明,本方法解调结果准确,抗光功率波动干扰能力强,本底噪声性能优异,可以满足光纤水听器的实际应用需求。     

线性斜边滤波器在光纤光栅传感系统中的应用

介绍线性斜边滤波器在光纤光栅传感系统中的应用，根据斜边滤波器波长解调方案的工作原理，主要介绍一种利用斜边滤波器的光纤光栅解调技术．实验采用1530／1550nm的斜边滤波器对单点光纤光栅应变和温度进行解调，结果表明该解调系统具有0．01nm的波长分辨力，该系统结构简单，易于解调．     

光纤光栅传感系统的信号解调

首先介绍了光纤光栅的基本知识,再分别介绍了几种典型解调方法的工作原理、性能和特点,给出了其工作原理图,并对各种解调方法的优缺点进行了论述。提出了一种基于CCD的光纤光栅传感解调系统,该系统采用反射式成像系统,用CCD作为探测器,并利用可编程逻辑器件FPGA设计驱动电路和信号处理电路,实现了一种体积小、结构简单,解调速度快,可以实时测量的波长解调系统,为光纤光栅解调技术的实际应用和光纤光栅传感解调系统的设计提供了理论依据。     

水面声光耦合光纤水听器的抗波浪解调方法

为了减弱基于水面声光耦合的光纤水听器水面波动对解调信号造成的幅度衰落,采用了利用检测信号臂光强度信息补偿解调信号幅度的方法。从理论上推导了该方法修正解调信号的过程,并对该过程进行了数值仿真,同时实际搭建光纤水听器探测系统,利用/2相位解调法对水面恒定振动信号进行了实验验证。结果表明,相比原始解调信号,修正后的信号幅度基本稳定,幅度值整体提高5dB,解调信号失真度减小,相位噪声得到抑制,信噪比得到提高,可辨认信号时间长度扩展为原来的3.5倍。该方案能有效克服由水面波动引起的解调信号衰落现象,信号质量得到优化,系统抗波浪解调能力得到提高。     

基于F-P滤波器的光纤光栅解调系统的优化设计

为了提高基于法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)滤波器的光纤光栅波长解调系统的性能,提出了一种采用新型光纤梳状滤波器作为参考波长装置的解调方案.新型光纤梳状滤波器由两个啁啾光栅和一个光耦合器组成,与传统的参考光栅相比可以为解调系统提供更多的参考点.优化后的解调系统重复性好,运行更稳定、精确.     

光纤法珀传感器解调系统的设计

光纤法珀传感器具有测量精度高、动态范围大、可单端检测等优点。针对白光干涉型法珀传感器,设计了一种基于体光栅的光纤传感器解调系统。该系统采用高性能体光栅和线阵CCD阵列实现了光谱的采集,并结合高性能数据采集卡和PC机进行信号的处理和输出。测试结果表明该解调系统的温度测量精度在±1℃以上。     

基于FPGA数字相位调制光外差激光稳频系统设计

为了实现中心波长为1064nm的单频光纤激光器的稳频,采用相位调制光外差（PDH）激光稳频技术,搭建稳频系统光路。分析了相位调制光外差稳频信号以及误差信号特征;设计基于现场可编程门阵列（FPGA）的数字式解调和反馈控制电路,在FPGA中实现对相位调制光外差稳频信号的数字解调,再经数模转换器输出获得误差信号。结果表明,在FPGA中能成功实现对相位调制光外差信号的解调,经Allan方差计算,频率漂移的方差值可达10-11,即所设计的数字系统实现了较高的稳频精度。     

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。     

一种基于ASE光源的边缘滤波解调技术的研究

研究了一种利用放大自发辐射(ASE)光源线性段做边缘滤波器进行光纤Bragg光栅(FBG)解调的新方法,可实现在传感波长变化3 nm范围内的波长解调。系统采用了全光纤结构,无需机械部件调谐,提高了光纤传感系统的解调速度及稳定性,具有反应迅速快、性能价格比高等优点,应变测量范围可达2 500με。     

LVDT数字解调方法研究

给出一种基于LVDT的数字解调系统。为了准确地测量铁芯的位置,提出了以基于FPGA的嵌入式系统平台的数字解调系统。与以往方法不同的是不仅对所得次级线圈信号采用加减法,还采用比率检测方法,通过多点的测量得到其线性系数。运用线性插值算法计算误差修正表,并且运用一种映射关系得出铁芯的真实位移值,克服了模拟电路的种种缺点,大大减小误差,还提高了线性度。通过实验证明,此数字解调系统精度最高可达万分之三。     

基于外差解调的分布式光纤传感系统设计

提出了一种基于双脉冲外差解调的分布式光纤传感系统。从理论上分析了系统的传感原理及信号解调方法。根据系统结构及原理,搭建了双脉冲外差分布式光纤传感实验系统,并进行了初步的实验研究。实验结果表明,在传感距离为300m的情况下可以将末端施加的干扰信号解调出来。