分布式光栅传感网络的高精度温度控制系统设计

针对分布式光栅传感网络中由于制作工艺和预应力等因素导致的中心波长不匹配问题,设计了基于半导体制冷器（TEC）的温度控制系统,提高了解调系统的解调范围和精度。基于ARM＋LTCl923＋高精度DA的系统构架实现了同时对多路TEC温度的精确控制,达到了调节分布式光栅传感网络中作为参考的每路光纤Bragg光栅（FBG）中心波长的目的,使得各参考光栅与其相应的传感光栅中心波长得以匹配。实验结果表明：该系统可重复性良好,并在一定的温度范围内有较高的调控精度。     

基于匹配滤波解调的光纤光栅振动传感器研究

采用双悬臂梁结构,研制了基于匹配滤波解调的光纤光栅振动传感器,可通过悬臂梁对匹配光栅静态工作点进行精确调整.该传感器集振动传感和动态波长解调于一体,并具有温度补偿功能.对传感器的工作原理进行了理论分析,通过与压电式加速度传感器进行的比较实验,得到了一致的实验测量结果.     

LabVIEW实现光纤光栅传感解调

结合虚拟仪器技术和光纤光栅传感技术,自行设计了一套光纤光栅传感解调系统.系统采用匹配解调法实现波长编码传感信号的解调,匹配光栅由压电陶瓷驱动,压电陶瓷上施加了正弦电压,从而传感信息转换为解调信号在一个正弦周期内相邻两波谷之间的时间间隔.LabVIEW解调程序是解调系统的关键部分,实现数据采集控制,解调信号提取,过程运算和结果显示.通过线性标定实验得到系统的传感解调特性,系统用于应变测量,应变分辨力为1με.     

基于线阵图像传感器的光纤光栅传感解调技术

对比线阵CCD，CMOS图像传感器和InGaAs图像传感器的原理、特点和性能，提出了基于InGaAs图像传感器的光纤光栅传感解调技术，并设计了基于线阵InGaAs图像传感器的光纤光栅传感解调系统，而且通过计算机控制单独对应力和温度变化进行了测量实验，得到了理想的结果．基于线阵InGaAs图像传感器的解调系统不但测量精度和分辨率很高，而且基本上实现了光纤光栅传感的智能化，为光纤光栅传感的工业化奠定了基础，具有很好的应用前景.     

基于多级衍射及自适应补偿的光纤光栅传感器解调技术

解调技术是决定光纤光栅传感解调系统速率、精度、容量等性能的关键因素。提出一种基于线阵光电探测器成像原理的光纤光栅传感器解调方案,通过多级衍射,结合弱曝光自适应超频技术和FPGA并行数据处理技术,实现了对传感信号的快速解调,同时可以实现对级联型光纤光栅传感器和长周期光纤光栅传感器信号的解调。使用温度、应力敏感光纤光栅传感器对搭建的铁路桥模型进行监测,实验结果表明,光纤光栅传感系统的解调精度可以达到10 pm量级,系统可测量光谱范围达50 nm,提高了传感系统的解调速率和精度,同时实现了光纤光栅解调设备的微型化。     

基于倾斜光纤光栅的四波长传感解调研究

本文从倾斜光纤光栅（TFBG）的传输特性出发,利用了它的边缘滤波解调技术,研究了一种基于倾斜光纤光栅的四波长通道的传感解调。系统由两个耦合器、一个倾斜光纤光栅、四个传感光纤布拉格光栅和两个对应的探测器构成。实验结果表明了,在所测的温度范围内,四个不同波长的传感光纤光栅在解调之后所输出的光功率与温度都具有很好的线性关系,四个通道的温度灵敏度分别为-0.1072 nw/℃、0.1937 nw/℃、0.2987 nw/℃、0.2323 nw/℃。该方案的结构简单、灵敏度高、线性度良好,可以广泛运用于实际当中的温度测量。     

一种高分辨力的光纤光栅悬臂梁动态解调技术

介绍了一种基于悬臂梁的匹配光栅测量和解调方案,在外界加速度作用下,一个光纤光栅受压,另一个光纤光栅受拉,使波长调谐的灵敏度增加了1倍。实验证明了该方法寓解调和温度补偿为一体的优越性,本解调方案的波长移动分辨力为0. 01pm,可实现高分辨力加速度测量。     

匹配型光纤布拉格光栅波长移动解调方案设计与分析

分析了匹配型光纤布拉格光栅波长移动解调方案的基本原理,构建了光功率与波长偏移量以及光功率与轴向应变、温度变化量函数关系式,绘制了其变化曲线.为波长移动解调方案的实施奠定了理论基础.最后给出了该传感实验系统的实验结果.     

一种光纤光栅振动与温度同时区分测量的解调方法

研究了一种可实现振动与温度同时区分测量的光纤光栅解调方法。利用放大自发辐射光源在1 530 nm附近有一段线性区做边缘滤波器进行滤波解调,用匹配光栅将传感器中的温度与振动信号区分开而实现两者的区分测量。实验证明了此方案的可靠性,解调系统的静态波长灵敏度为1 785.6 mV/nm,波长和温度的分辨力分别达到了0.56 pm和0.044℃。该解调系统结构简单、成本低、分辨率高,可以实现对温度与振动同时监测的工程应用。     

关于光纤光栅应力传感及解调的研究

阐述了一种新颖有效的光纤光栅微应力传感及信号解调的方法,将光纤Bragg光栅在微应变作用下产生的波长变化用于传感测量,用一对光纤Bragg光栅进行信号解调,同时进行了温度补偿.理论上分析了传感的原理,实验上得到了线性度很高的响应.研究表明,本传感系统结构简单,操作方便,灵敏度高,可以识别1 με以下的变化.     

Original interrogation system for quasi-distributed FBG-based temperature sensor with fast demodulation technique

A fast demodulation method for a quasi-distributed sensor based on an original interrogating system for concatenated identical low reflective Fibre Bragg Gratings (FBGs) is proposed. The system is based on Optical Time Domain Reflectometry (OTDR) for which a commercial device has been extended to a wavelength-tuneable device, within an automated experimental set-up. This interrogation system has the advantage of allowing a large number of gratings to be addressed simultaneously. In our application, all gratings are low reflective (about 10%) and have a Bragg wavelength of about 1535 nm (at room temperature and without any strain applied). The demodulation scheme is based on the optimization of the least square differences between reference and measured data. This process requires only two measurement points within the central lobe of the reflection spectrum of the sensing FBG for its correct reconstruction. The measurement time is therefore drastically reduced. Repeatability measurements and related precision of the sensor are presented, for different wavelength sampling rates of the interrogating process.     

Optical low-coherence reflectometry for a distributed sensor array of fiber Bragg gratings

An optical low-coherent interferometric technology for fiber Bragg grating (FBG) sensor array is described. A series of identical FBGs with low reflectivity form a sensor array. The first FBG of the array works as the reference FBG and the others work as sensing FBGs. Each sensing FBG and the reference FBG can form an in-fiber Fabry–Perot (F–P) interferometer with a specific cavity length. By scanning a home-made optical low-coherence reflectometry, the interference signals corresponding to different sensing FBGs (F–P interferometers) can be obtained and well distinguished. The mismatch in wavelength between the reference FBG and a sensing FBG induced by the measurand around this sensing FBG will cause the decrease of the intensity of the corresponding interference signal. A measurement of temperature is demonstrated and good performance is achieved. Factors limiting the total number of sensing FBGs are also discussed.     

一种对偏振敏感的光频域反射光纤布拉格光栅传感系统解调方案

为解决光纤光栅传感系统对横向应变的测量问题,提出了一种基于光频域反射技术的对偏振敏感的准分布式光纤布拉格光栅传感系统解调方案,该方案通过跟踪光纤光栅传感系统的偏振相关损耗为横向应变的测量提供信息.建立了系统的理论模型,分析了均匀光纤布拉格光栅在准分布式系统中的偏振特性以及偏振敏感的解调系统原理,讨论了该方案在测量横向应变的优越性,以光栅长度和双折射量值作为参数,对传感系统的偏振相关损耗变化规律进行研究.研究结果表明,本文提出的方案可以为在准分布光纤光栅传感系统中根据偏振相关损耗的变化实现对横向应变的准确测量提供理论依据.     

基于压电陶瓷相位调制器的外调制相位生成载波法研究

对基于压电换能器PZT(Piezoelectric Transducer)的外调制相位生成载波PGC(Phase-Generated Carrier)法进行了深入的理论分析和实验研究.PZT光纤相位调制器利用电致伸缩效应来改变缠绕在其上面的光纤的长度,进而实现对光纤中光相位的周期性调制.在马赫曾德尔光纤干涉仪MZI(Mach-Zehnder Interferometer)的参考臂中加入该光纤相位调制器便可以将载波信号调制到光纤干涉仪的输出信号当中.计算机仿真分析了调制参数对PGC解调结果的影响.并通过实验验证了这种调制解调方案的可行性.利用美国国家仪器公司的数据采集系统及Labview编写的解调算法,在臂长为200 m的MZI中成功实现了相位解调,恢复出MZI传感臂中的原始相位信息,解调信号与原始信号的相关系数在0.99以上.     

分布式FBG波长解调系统的试验研究

设计了一种分布式FBG波长解调系统,采用可调谐光纤F-P滤波法对FBG的波长传感信息进行解调,使用高速采样卡对信号进行采集,分析。给出了阶段性试验的结果,并提出了改进系统分辨力的方法。     

MEMS光纤法珀压力传感器的设计及解调方法实现

基于外界压力引起敏感膜片形变导致腔长变化来实现压力信号传感的原理,提出了一种MEMS光纤法珀压力传感器的设计,建立了传感器敏感膜片的挠度变化与膜厚、半径及施加压力的关系理论模型,并在此基础上进行了膜片的MATLAB二维数值仿真和Comsol Multiphysics三维数值仿真,并完成了FP压力敏感头的制作,进而设计了能够应用于光纤传感的解调方法,搭建了光纤传感的压力测试系统并进行了相关实验,利用所设计的解调方法对实验数据进行处理,进而对压力传感器的性能及特性进行了测试和验证。实验结果表明,传感器测试曲线线性度良好,与数值仿真结果基本一致,在100 kPa的量程范围内其灵敏度可达62.3 nm/kPa,温度敏感系数为0.023μm/℃,测量精度3.93%,且最小压强分辨率为1.29 kPa,证实了该MEMS光纤法珀压力传感系统具有一定的可行性。     

Fiber optic strain twin-sensor-array for smart structural health monitoring

A multiplexed white light interferometric fiber optic twin-sensor-array was designed to monitor the structural health of large buildings. In this sensing system, based on a Michelson interferometer, an optical path matching technique is used to demodulate each twin-sensor. Each twin-sensor-array consists of a 2×N sensing element linked by a 3 dB coupler. When one of the twin-sensor is used to measure strain, variations caused by temperature can be compensated for by referencing the other twin-sensor. The multiplexing capacity of the sensing scheme has been analyzed and experimental results with a 2×3 twin-sensor-array are given.     

基于LabVIEW的光纤光栅传感的动态解调

设计了一种基于LabVIEW和可调谐光滤波器的光纤光栅传感动态解调系统。用LabVIEW编写虚拟仪器(VI)程序,通过硬件接口由计算机控制可调谐光滤波器,使其在固定波长范围内扫描;采集电路对光电转换后的信号进行采集并送到计算机中分析处理,得到传感信号的反射波长以获得应变量。最后把传感解调系统的测试结果和光谱仪的测试结果进行比较,两者基本一致,说明了解调系统的设计是正确的。     

Multichannel direct sequence spectrum signaling using code phase shift keying

In this paper, we have designed and realized multichannel direct sequence spread spectrum (DSSS) system using code phase shift keying (CPSK). In the transmitter, taking each bit from each channel, data word is made as a symbol for selecting PN sequence, which is modulated with frequency of 100 MHz as DSSS signals. At the receiver, the correlator, integrator and decoder are used for separation of the signal of respective channel after demodulation. Oscilloscope traces show that the transmitted signals are matched with the simulated signals at the receiver. The bit error rate (BER) variation with jamming signal is estimated by our proposed simulation model, matching well with experimental values of BER measured by BER meter.