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.     

中国微米纳米-高精度光纤光栅地震计

光纤地震观测仪器具有传感器无源、抗电磁干扰性强、深井观测耐高温高压、抗雷击等优点,可为地震观测提供一种新的技术手段.光纤地震计的敏感元件采用相移光栅代替传统的光纤光栅,相比于传统的光纤光栅,其光谱线宽要窄4个数量级,可以获得了更高的反射光谱信噪比和更高的波长解调精度.对于相移光栅式光纤地震计,其反射光谱波长与所测的地震波具有良好的线性关系,只需要解调出相移光栅的波长漂移信号就可以推算得到地震波信息.采用该技术,可以实现精度在ng级、测量频带DC~50 Hz的震动信号测量.2015年4月-6月,在云南省昭通防震减灾局的协助和配合下,于昭通市巧家地震观测站进行了光纤地震计试验.可清晰记录临近发生的地震信号.     

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。     

煤矿用光纤Bragg光栅火灾探测系统研究

采用特殊合金材料封装制作了光纤Bragg光栅火灾探测器,温度传感实验表明,该火灾探测器的温度灵敏度是裸光栅的1.755倍,实现了温度的增敏;应用该火灾探测器与光纤光栅波长解调仪、数据传输和控制总线、数据控制中心等设计了煤矿用光纤Bragg光栅火灾探测系统,该系统采用光纤光栅波长解调仪对由现场感温光栅反射回的光信号进行波长解调并测试波长的变化率,通过该波长变化率获知是否发生火灾。实验表明,该系统具有较高的火灾探测准确率,并能缩短报警时间。     

基于最小二乘法的光纤光栅Bragg波长直线拟合

针对基于可调谐法布里珀罗(F-P)滤波器的光纤光栅解调系统存在波长解调准确度不够高的问题,从理论上系统地分析了在解调过程中对光纤光栅B ragg波长进行直线拟合的可行性,即光纤光栅B ragg波长与F-P滤波器的调谐电压之间存在线性相关性。在实验研究的基础上,用最小二乘法对光纤光栅B ragg波长和F-P滤波器的调谐电压进行直线拟合,结果表明:它们之间的确存在密切的线性相关性。为提高拟合的效果,提出了分段直线拟合,它可以使测量误差降低至少1个数量级,从而提高了F-P滤波器光纤光栅解调系统的准确度。     

基于FFP可调滤波器的FBG解调系统设计

提出并实现了一种基于FFP可调滤波器的FBG解调系统.该系统通过PC104嵌入式系统控制的D/A输出信号,作为可调滤波器的控制信号,对光纤上的所有光栅连续扫描以实现波长信号的解调.该解调系统扫描带宽50 nm,以10 Hz频率进行扫描,可以得到稳定的测量信号.     

基于光纤光栅PGCD的材料冲击试验研究

光纤光栅抗电磁干扰和易于构成分布式光纤传感网络,对设备健康监测和高频应力作用下的材料力学性能测试具有独特优势。波长编码信号解调系统的频率低是制约光纤光栅传感器在高频信号环境下使用的关键问题之一,采用M-Z干涉技术,设计了一套基于相位载波(PGC)的相位解调方法的光纤光栅高频解调系统,对正弦信号激励和冲击试验产生的信号进行了测试和分析,取得了比较理想的试验结果,实现了10 kHz频率范围内高频信号的检测。     

光纤光栅干涉式波长解调器的设计

基于光信号干涉测量的原理,对采用2×2和3×3耦合器构成非平衡M-Z干涉仪进行光纤光栅波长信号解调的方法,进行了详细理论分析,构建了完整的实验测试系统.实验表明,系统测量的分辨率可达到1 pm,测量精度3 pm.     

基于DSP的光纤布拉格光栅波长解调系统

波长解调技术是光纤布拉格光栅在温度、应变测量等领域应用的关键技术,提出并实现了一种基于可调谐Fabry-Perot滤波器的波长解调系统设计方案.系统使用扫描控制信号作用于可调谐Fabry-Perot滤波器,DSP对扫描控制电压和布拉格光栅的反射波峰进行采样与处理,通过标准具和参考光栅对Fabry-Perot滤波器进行标定,使用数字滤波提高了数据的稳定性和分辨率.实验表明,该系统的解调效果很好,在结构简单的基础上能取得较好的精度与分辨率.     

双光纤Bragg光栅波长探测与解调技术

双光纤光栅可以用于光纤光栅传感器中波长移动的探测与解调,提出了一种新的解调方案并对几种可能的解调方案进行了实验对比。结果表明,在宽带光源光谱全功率较小的前提下,利用双光栅透射谱的相关及双光栅透射谱和反射谱的卷积都能实现波长移动的探测与解调,前者有更好的信噪比。而因为系统损耗过大,利用双光栅反射谱的相关不能探测与解调光栅中心反射波长的移动。双光栅波长探测与解调技术将波长的移动转化为相对光强极值的探测,避免了光纤光栅传感器中使用光谱仪等价格昂贵,体积庞大,使用不方便的光谱探测器件,有利于光纤光栅传感器的实用化。     

基于腰椎放大熔接的FBG热线式风力计

提出了一种基于腰椎放大熔接和光纤Bragg光栅（ FBG）的热线式风力计,传感结构由表面镀金属银膜的FBG和腰椎放大光纤熔接点构成。腰椎放大熔接点将高功率的泵浦激光由纤芯耦合到光纤包层,被镀银膜吸收产生热量,从而使FBG的温度升高。当气流经FBG时,部分热量会被带走,导致FBG的温度降低。FBG的中心波长随温度的变化而变化,因此,通过测量FBG波长的漂移即可以测得气流速度。实验结果表明：此FBG热线式风力计的测量范围为0～13.7 m/s,灵敏度和分辨率分别可达1.0 nm/（ m/s）和0.001 m/s。     

光纤Bragg光栅校准可调谐F-P滤波器解调系统的研究

基于可调谐光纤(TF)Fabry-Pent(F-P)滤波扫描传感光纤Bragg光栅(FBG)反射的原理,针对可调谐光纤F-P滤波器的透射波长与驱动电压的非线性与不重复性,提出一种新颖的利用置于恒温箱内的FBG来提供波长参考,得到光纤F-P滤波器小范围内的电压—波长线性关系,对一温度传感器进行了试验检测,在30~130℃范围内,系统的平均偏差为0.52℃。     

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。     

一种高精度光纤Bragg光栅传感器解调方法研究

为了提高光纤Bragg光栅(FBG)解调系统的波长解调精度,满足实际中高精度测量的需要,提出基于F-P可调谐滤波器和波长基准器,采用相关谱法和线性插值法相结合的处理技术。该方法不但可以有效地抑制噪声,而且,可以精确地检测波长漂移量。实验表明:采用此方法可使Bragg光栅波长分辨力和解调精度相对于传统的峰值检测法有很大提高,波长分辨力达到1 pm,温度测量精度达到±0.2℃。     

小型FBG解调系统中数据采集的实现

为了实现FBG解调系统的小型化和低功耗,提高FBG传感信号的采集精度,设计了一种用于小型化FBG解调仪的数据采集系统。该系统以DSP和CPLD为硬件开发平台,应用高精度A/D转换芯片采集光电检测器输出的电信号,完成了软硬件调试。实验结果表明,该系统能够准确地采集FBG光谱信号,满足FBG传感系统波长分辨率、采集速度和数据存储容量的要求。     

基于平面膜片的高灵敏度光纤Bragg光栅压力传感器

提出了一种新颖的利用粘贴于平面圆形膜片环向上的光纤Bragg光栅来实现压力传感测量的高灵敏度压力传感器。推导了该传感器波长与压力之间的关系,得到了该传感器的压力响应灵敏度的解析表达式。从实验上获得了-4.8549fm/Pa的压力响应灵敏度,是裸光纤Bragg光栅压力响应灵敏度的1618.3倍。该传感器的压力响应具有很好的线性。同时指出,该传感器的压力响应灵敏度随着膜片的大小、材料的力学参量、光纤Bragg光栅粘贴位置的改变而改变。     

基于光纤光栅的液体粘度测量方法的研究

针对液体粘度在线测量问题,提出了一种基于光纤光栅的液体粘度测量方法,即通过检测光纤光栅中心波长的变化量测得液体自身的粘度值.这种依靠液体自身流动得到液体粘度的方法是对粘度在线测量问题的一种新的探索和突破.在液体流动过程中,利用光纤光栅感知阻流元件表面粘滞力引起的悬臂梁的应力变化,对解调出的波长变化量经过计算得到应力变化的大小,从而得到相对应的粘度值.通过实验研究,对于粘度标准液进行光纤光栅的标定,建立了中心波长变化量与粘度的数学模型.最终,进行验证性实验,测量一组液体的粘度值,并与标准粘度计测得的结果进行比对,证明了实验方法的可行性.     

一种实时校准的光纤Bragg光栅传感器解调系统

为了提高光纤Bragg光栅（FBG）传感器阵列的信号解调精度,基于窄带光源问讯解调原理,提出了引入带标记热稳定标准具模块来实现实时校准的方案,利用12位A／D采集模块将信号采入计算机,在虚拟仪器软件LabVIEW下处理信号,峰值检测方法为分段寻峰。实验表明：该方案对FBG传感器中心波长位移的最大解调精度为1pm,相对于无实时校准模块方案下的解调精度提高了10倍以上,在应变为1×10^-4的范围内,测量误差小于1.5×10^-6。     

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。