基于FPGA的嵌入式FBG解调系统的研究

波分复用技术是构成各种复杂和大型FBG传感网络最关键的复用技术.为了有效解调FBG传感阵列,提出并实现了一种基于COMS图像传感器的FBG图像解调方案,方案的硬件平台采用以FPGA和ARM处理器为核心的主从结构设计,将FBG阵列的波长解调转化为了FBG光斑图像解调.实验结果表明,FBG图像解调系统具有精度高、复用能力强、远程监控、易于维护和升级等优点,对推广应用大型FBG传感网络有实际意义.     

FBG传感器在巷道掘进中的应用研究

采用光纤Bragg光栅（FBG）传感器监测了巷道模型的掘进过程。利用FLA^3D软件对巷道模型进行了掘进过程的应力分析,根据应力分布情况在巷道模型中布设了15个三维应变FBG传感器和3个温度FBG传感器,通过四通道SM125解调仪对传感信号进行系统解调以及数据存储。该传感系统测量精度高,检测的应力变化与FLAC^3D软件模拟结果吻合性好,表明FBG传感器在土木工程的监测中有较好的应用前景。     

基于衍射解调的新型光纤光栅高温传感网络

基于光纤布拉格光栅(FBG)高温传感特性,设计了一种基于波长调制的耐高温光纤光栅传感网络。系统设计了新型封装结构的耐高温光栅传感头。并针对传统FBG传感网络结构可靠性低的缺点,设计了一种高可靠分布式传感网络结构。采用InGaAs图像传感衍射解调技术对光反射波长进行解调。20～290℃范围测试实验表明,所设计的传感网络温度响应曲线平均线性度达0.9991,灵敏度为0.0258nm/℃,测量精度达±0.6℃,响应时间小于16s,稳定性高,适用于实际工作环境中的高温测量。     

一种基于反射式SOA的FBG传感解调方法

提出一种基于反射式半导体光放大器（R-SOA）的光纤Bragg光栅（FBG）传感解调方法。周期性调谐R-SOA与可调谐FBG构成的窄带可调谐激光器,当其输出波长与FBG传感器反射波长一致时,由光电探测器输出光电流最大判断2个FBG周期的匹配并完成对传感FBG周期的测量。测量结果表明,FBG传感器中心波长在1 551.9...     

基于重叠多光栅的动态应变传感特性研究

利用重叠多光纤布拉格光栅(FBG)反射谱的时间同 步性,实现了动态或静态应变信号的高速传感与解调。给出了基于光纤F-P 可调谐滤波器(FFP-TF)的重叠多FBG解调系统及其时域重构的实现方法,重叠多FBG在FFP- TF 三角波扫描电压与动态应 变信号测量时产生时域上等间隔分布的传感脉冲,解调系统采用质心法硬件解算并结合平滑 滤波的方法可满足速度与解调精 度的同时测量需要。在重叠双FBG与500Hz FFP-TF扫描速率条件下 可产生2kHz的传感脉冲,动态应变信号的测量 带宽相对于单FBG解调系统提高了4倍,静态条件下的波长偏移小于±4pm。给出了影响重叠多FBG动态应变信号解调结果失真度的影响因素。     

FBG光纤传感器的同步探测技术

光纤光栅传感解调系统的波长校准技术是人们关注的焦点,通常是将固定波长的FBG固定在恒温箱中,以此作为光纤光栅传感解调系统的参考元件．此方法占用了宽带光源的某个波长范围,从而制约了解调系统的波长扫描范围．构建的光纤光栅传感解调系统,将FP滤波器的驱动锯齿信号转变为方波信号,以此作为同步处理所需参考信号,省去了这个固定波长的FBG传感器,充分地利用了宽带光源的波长范围,并使得解调技术简单,同时提高了外接FBG传感器的数量．     

FBG传感信号数字化可调谐F-P滤波器解调技术研究

为进一步提高光纤光栅(FBG)解调系统的性能,提出并实现了基于FPGA逻辑控制的可调谐F-P滤波(TFFP)FBG传感数字化解调系统.重点介绍基于TFFP解调技术的工作原理,并给出了此解调系统硬件设计的系统框图.解调实验结果表明,通过与光谱仪的测量数据比较,此解调系统达到了预期的目标,经标定后系统的分辨率达1 pm,动...     

一种新型光纤光栅传感器解调系统

选择线性滤波法解调光纤光栅(FBG)传感信号,实现传感光栅Bragg波长微小偏移的实时检测.利用单片机取代PC机,有效实现了系统的小型化.采用锁相放大电路和24位∑-Δ高精度A/D转换模块采集有用信号,提高系统精度和动态范围.使用USB接口模块存储和传输数据,使解调系统特别适合现场测量和野外作业的要求.设计出了一种新型FBG传感器解调系统,通过实验和数据验证了该系统高精度、便携带的特点.     

基于DFB激光器解调技术的光学电流互感器

针对交流电流的测量,提出了一种基于分布式反馈（DFH）激光器解调技术的光学电流互感器（0CT）。OCT的传感部分运用光纤Bragg光栅（FBG）和超磁致伸缩材料（GIⅢ①作为传感器探头,同时应用DFB激光器对FBG进行解凋,实现交流电流的测量。对于这种新型的OCT进行了理论分析和实验研究,实验测得系统传感灵敏度可达到1...     

基于F-P滤波器的FBG解调系统改进及其寻峰算法对比分析

光纤布拉格光栅(FBG)传感器是一种新型传感器,有着非常广泛的应用前景,FBG传感信号解调是FBG传感器应用的关键技术之一。为提高可调谐F-P滤波器的解调精度,引入波长标准具加以改进,最后对几种寻峰算法进行误差比较,证明基于正交多项式最小二乘拟合法更适用于大容量分布式FBG传感网络的波长检测。     

基于SoC的光纤光栅温度传感器

波长漂移量的精确检测是光纤光栅(FBG)传感器的关键技术.设计了基于芯片系统(SoC)的FBG温度传感器,通过控制激光器工作波长,跟踪锁定FBG反射波长,实现温度传感解调,具有信噪比高、可靠性好、成本低、硬件简单、软件灵活并具有智能化等优点,有良好的应用发展前景.     

高分辨率光纤光栅温度传感器的研究

报道了一种具有高分辨率和高效且价廉的解调系统的光纤布拉格光栅(FBG)温度传感器.提出了光纤光栅的金属槽封装技术,以提高传感光栅的温度灵敏性.研究了金属槽封装光栅的温度灵敏性,理论分析和实验结果表明,封装光栅的温度灵敏系数比普通裸光栅提高了3.6倍.系统利用一长周期光栅(LPG)作为线性滤波器,宽带光源经此长周期光栅调制后入射到传感光栅,可解调布拉格传感光栅的波长位移.理论分析与实验结果一致,系统可达到的温度分辨率为0.02℃.     

光纤光栅位移传感器的开发及应用

针对全光纤结构健康监测系统中对位移监测的需求,设计了一种基于等强度悬臂梁结构的光纤光栅(FBG)位移传感器,它具有结构简单、测量精度高、温度自补偿等优点。通过对传感器进行标定试验,结果显示其线性相关系数可以达到0.999以上,传感器的测量精度为0.326%FS。该传感器在桥梁支座监测中的成功应用表明其可靠性高、对结构自身影响小,可直接测量支座位移,适合于长期工程结构监测。     

应用在油气管线的光纤光栅温度压力传感系统

为了提高光纤光栅的温度和压力灵敏度系数以满足实用化对灵敏度精度的要求,对光纤光栅进行封装设计。得到封装后的光纤光栅温度和压力灵敏度系数分别为0.052nm/℃和0.8208nm/MPa,分别为裸光栅的5倍和273倍,且传感器的温度和压力响应与光栅反射波长成良好的线性关系。通过半个月的油气管线现场实验,测得光纤光栅温度压力传感器与油气管线的电类传感器的测量值符合得特别好,该温度和压力传感系统满足了温度和压力的实时测量。     

温度影响光纤光栅传感器性能蜕化机理及实验研究

结构健康监测中,光纤布拉格光栅(FBG)传感器性能蜕化将会严重影响整个监测系统的稳定性和准确性。而高温、高压等恶劣条件,均可能导致FBG传感器性能蜕化。基于光纤光栅传感器温度传感原理,分析了温度引起光纤光栅传感器性能蜕化的机理,并通过软件仿真和相应温度循环实验,分别考察了温度对不同FBG传感器性能蜕化的影响。实验结果表明,温度对FBG传感器性能蜕化的影响与FBG传感器自身质量参数有关。对于普通FBG传感器,随着温度循环次数增加,反射光谱峰值逐渐降低;而对于刻写完成后,光纤中仍含有少量氢分子的FBG传感器,随着温度循环次数增加,反射光谱不仅峰值逐渐降低,而且中心波长逐渐发生蓝移。     

基于FPGA的光纤光栅温度传感器高速解调系统

为了实现对光纤光栅温度传感器的高速解调,采用了一种基于现场可编程门阵列和小型光谱仪模块的光纤光栅温度传感器高速解调系统,利用放大自发辐射光源产生的近红外宽带光辐射,照射光纤光栅温度传感器,对其反射光通过高斯拟合寻峰算法确定中心波长,并由中心波长偏移量判定环境温度的解调方法,进行了理论分析和实验验证。结果表明,在30℃~60℃温度范围内,完成了解调速率达20kHz、温度灵敏度为12.49pm/℃的高速温度测量,实现了对光纤光栅温度传感器的高速解调。     

基于外差探测的双金属片结构FBG温度传感系统

提出了一种基于外差探测的双金属片结构光纤布拉格光栅(FBG)温度传感系统方案.将两个相同的FBG粘贴在膨胀系数不同的两个金属片上,利用两个金属片膨胀系数的不同,使两个FBG产生不同的中心波长的漂移,通过一个光电二极管探测其光强,再利用外差技术解调出温度的变化.与传统的双光纤布拉格光栅的系统不同的是,该系统中的参考FBG也能感测温度的变化,通过两个FBG反射波产生不同的相位差来获得温度的变化.数值仿真和理论分析表明该系统解决了传统M-Z干涉仪在测量温度时,应变与温度交叉敏感的问题.但是由于该系统的探测精度高,会导致量程范围的降低.因此该系统适用于温度变化不大,但精度要求比较高的情况.

Abstract：

Proposed is a double-sheet-metal structure FBG temperature sensor system based on heterodyne detection. Two same FBGs are affixed on two sheet metals with different coefficient of linear thermal expansion, because of which the changes of the two FBG's reflected wavelength are different, the two reflected signals are detected by a photoelectric detector, and the change of temperature can he obtained by detecting phase difference between the two reflected signals, which is different from that of traditional double FBG system. The two sheet metals make the two FBG in the same surrounding, and the two FBGs are affected by the same phase noises, which will not introduce phase difference between the two FBGs. Numerical simulation and analysis show that this system can solve the cross-sensitivity problem, but the high detection accuracy results in a narrow detection range. So the system applies to the situations which need high detection accuracy but narrow detection range.     

光纤光栅传感器温度-应变分离技术的研究

应变、温度分离是影响光纤布喇格光栅(FBG)传感器实际应用的一个重要问题.该文通过分析FBG应变、温度交叉敏感产生的原因,提出了一种基于双FBGs的用于小应变、小温度变化范围的FBG封装.其中一个FBG只感知温度,另一个FBG既受温度的影响也受应变的影响,通过结果计算就可以分离出应变、温度,而且采用温度增敏后还可以提高温度的测试精度.     

光纤光栅应变传感器温度补偿系统研究

提出了采用BP神经网络算法来实现FBG应变传感器的温度补偿系统,用以改善FBG应变传感器的温度交叉敏感现象。通过计算机程序和实验表明,此方法实现了FBG应变传感器对应变量和温度量的精确分离,较好地改善了温度对传感器造成的非线性干扰,使传感器对应变的测量误差达到10-3数量级。同时,有效地抑制了FBG应变传感器非线性特性的影响。