光纤激光水听器消偏振衰落技术研究

针对光纤激光传感器信号解调过程中干涉仪输出干涉条纹可见度受输入光偏振态变化和两臂单模光纤双折射效应的影响,介绍了一种简单的光纤干涉仪消除偏振衰落技术,通过在M ichelson光纤干涉仪上加2个法拉第旋转镜来提高输出条纹可见度。使用琼斯矩阵法对干涉仪系统进行理论计算,证明法拉第旋转镜旋转角度在理想的45°附近时能达到很好的消偏振衰落效果,并通过实验进行了有效的验证。     

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.     

用基于3×3耦合器的干涉仪解调相移光纤光栅传感信号

提出了一种用非平衡Mach-Zehnder干涉仪解调相移光纤光栅传感信号的新方案.非平衡Mach-Zehnder干涉仪由一只3×3耦合器和一只2×2耦合器构成,作为相移光栅波长移动的解调器.解调器三路输出信号之间互存120°相位差,由高通滤波器、微分器、差分放大器、加法器、积分器等环节组成的解调电路可直接由三路输出信号获取被传感信号.计算机仿真实验的结果验证了该信号传感方案既具有很高的灵敏度,又具有较宽的信号响应带宽.     

高分辨率光纤激光振动传感器研究

提出并实现了一种高分辨率光纤激光振动传感器.通过在一段高增益有源光纤上写入光纤Bragg光栅(FBG),激光泵浦后形成光纤激光器,振动信号引起激光器的波长发生变化,采用偏振无关的非平衡Michelson干涉仪将激光波长变化转换为相位变化.干涉仪输出的信号经过光电转换后,使用采集卡转换为数字信号输人计算机,采用相位载波(PGC)解调技术,实现信号的高分辨率解调.试验结果显示:该传感器系统的最小可探测加速度在250Hz时为200 ngn/<平方根,Hz>,解调结果与待测信号具有良好的线性关系.     

干涉型光纤水听器零差解调虚拟仪器实现

对以Mach-Zehnder干涉仪为基础的光纤水听器零差解调技术进行研究.在干涉信号的输出端做了改进,采用了差动接收的方式,提出了基于虚拟仪器(以下简称VI)的软件解调方法,结合物理模型在LabVIEW平台下开发出零差解调的VI软件.对不同噪声环境下的单频信号和多频信号进行仿真测试,解调结果与原信号进行幅值对比和互相关分析,信号幅度衰减小于10%,相关系数达95%以上,基本保持了原信号的特征,表明干涉型光纤水听器零差解调VI软件具有较高的可靠性.     

利用扭转高双折射光纤实现波长解调的方法

提出了一种基于扭转高双折射光纤实现光纤光栅波长解调的新型解调系统,对高双折射光纤光栅扭转特性进行了详细的理论推导,给出了数学表达式.通过计算机仿真发现系统输出光强与高双折射光纤扭转角度成标准余弦关系,扭转角度和时输出的光强的比值与波长近似呈线性关系.实验表明,系统具有10 nm的准线性解调范围,与理论分析相吻合.     

基于FPGA的可调谐激光器控制电路设计

可调谐激光器是光纤光栅解调系统中最主要的部件之一,其输出波长和功率的稳定性影响整个解调系统的性能;文中对MG-Y可调谐激光器的调谐原理进行了分析,设计了一种基于FPGA的可调谐激光器控制电路;使用温度控制芯片ADN8834对MG-Y激光器进行温度控制,通过改变电流源的输出电流,控制激光器的输出波长;利用光谱分析仪采集激光器的输出波长,并对激光器的输出波长进行标定,制作“波长-电流”查询表;FPGA通过调用“波长-电流”查询表,实现激光器的波长在1527~1567 nm范围内以20 pm间隔连续线性扫描。同时搭建光纤布拉格光栅解调系统,验证了可调谐激光器解调光纤光栅中心波长的可行性。     

基于Michelson干涉原理的光纤加速度计的研究

分析了一种迈克尔逊干涉型光纤加速度计的结构设计和工作原理,详细推导了被测信号的加速度与迈克尔逊干涉仪的输出相位差之间的关系,并对加速度的灵敏度进行了相应的参数讨论,最后应用Matlab软件对光信号处理电路进行了仿真;结果表明,解调信号和待测信号相位一致性好,从而从理论上证明了这种结构新颖、体积小、精度高、成本低的干涉型光纤加速度计是合理可行的.     

干涉型光纤水听器虚拟检测软件的设计和实现

为达到虚拟检测光纤水听器信号的软件程序设计的目的,采用其输出信号特点,依据非NI采集卡特性,对3×3耦合解调原理和数学模型进行分析和比较,做了干涉型光纤水听器ITT虚拟检测方案,通过调用动态链接库开发基于Lab-VIEW的数据采集程序,编写数据处理和显示程序,开发光纤水听器3×3耦合器零差解调法虚拟检测系统。得到该虚拟检测系统具有很好的幅值适应性和低频特性的结论。     

基于CORDIC的交流相位跟踪零差补偿方法及其实现

为了消除温度、振动等环境因素在光纤干涉测量中的影响,发展了一种基于交流相位跟踪零差补偿(PTAC)的干涉条纹相位稳定技术。利用马赫-泽德光纤干涉仪结构和杨氏双孔干涉原理实现高密度的余弦分布干涉条纹投射。光纤端面菲涅尔反射与光纤耦合器构成迈克尔逊干涉结构,光电探测器检测迈克尔逊干涉仪的输出信号。相位稳定子系统采用相位生成载波(PGC)方法提取环境因素引起的光纤干涉臂相位差,结合坐标旋转数字式计算机(CORDIC)求解相位差,并生成补偿信号反馈给压电陶瓷(PZT)驱动器,实现条纹相位的稳定。该系统相位解调精度达2.75 mrad,环境因素对干涉条纹相位的影响低于53.43 mrad。实验结果验证了该相位稳定方法的可行性。