基于双LPFG及嵌入式技术的双边缘滤波解调系统

设计并实现了一种基于双LPFG(长周期光纤光栅)及嵌入式技术的双边缘滤波光纤光栅传感解调系统.以双长周期光纤光栅作为线性滤波装置,利用反射FBG信号通过不同光谱特性的滤波器时输出不同光强的比值的对数算法对波长进行测算;系统采用C8051系列单片机作为处理核心,并逐一介绍了线性双边缘滤波原理、三MCU硬件设计架构、面向对象程序设计思想的软件设计架构和系统时序设计.试验表明系统能够实现稳定的FBG传感信号解调,解调系统所得线性拟合计算值与光谱仪所测波长值的均方差为10 pm,动态范围达4 nm,表明系统线性度好,精度较高,对于工程现场的波长校准与调试方面的应用具有很大意义.     

光纤光栅压力传感器中双边缘解调技术的理论与实验研究

以1545/1555 nm的拉曼泵浦合成器（PCOM）为边缘解调器件,对光纤光栅压力传感器中双边缘解调技术的有关内容进行研究,文中对所定义的波长调制函数、波长灵敏度等物理量进行了相应的理论分析和实验测试,给出了单边缘解调与双边缘解调灵敏度曲线,得到当系统的波长解调范围为2 nm左右,压力范围为0-6 MPa时,双边缘解调的波长灵敏度是单边缘解调波长灵敏度的2-3倍的结论。     

模型驱动的光纤光栅波长解调系统性能分析

为了揭示波长扫描方法中影响光纤光栅波长解调性能的因素,并为该方法的进一步发展提供必要的理论依据,开展了波长解调系统建模、仿真与实验研究工作。首先,根据信号的传输路径,建立了波长解调系统模型,并对波长解调原理进行了深入分析;接着,通过仿真计算详细研究了系统中光滤波器带宽、扫描范围与扫描范围内的有效采样点数、压电位移器的迟滞性与非线性对波长分辨率、误差等的影响;最后,搭建了光纤光栅波长解调系统,并进行了实验分析。实验中,通过改变系统参数得到了与仿真分析中相同的结论,当解调频率为10 Hz时,光纤光栅波长分辨率达到0.25 pm,当解调频率为100 Hz时,光纤光栅波长分辨率达到2.5 pm,实验结果验证了系统模型的有效性。     

一种新型的光纤光栅波长解调系统

通过理论分析建立了扭转高双折射光纤的数学模型,提出一种利用扭转高双折射光纤实现光纤光栅反射波长的解调方法.理论和实验表明,该系统具有10nm的准线性解调制范围,线性度好,易于实现.     

啁啾效应对Bragg波长匹配解调精度的影响与消除

介绍了光纤光栅Bragg波长的匹配解调原理,分析了传感光纤光栅和匹配光纤光栅的反射谱相关函数, 说明相关函数与光电探测器输出信号具有线性关系。指出基于最大相关原理(光电探测器输出信号极值判断法)的匹配解调只适用于两个光纤光栅具有相同的反射谱型。采用光电探测器输出信号峰值判读时,传感光纤光栅的啁啾效应会引起Bragg波长的解调误差。理论分析和实验研究表明,对光 电探测器输出信号进行去卷积运算处理可以消除传感光纤光栅啁啾效应对Bragg波长解调精度的影响。     

光纤光栅波长干涉解调技术的研究

波长解调技术和装置是光纤光栅传感器的一个主要问题.因此,如何低成本高精度地将波长移动信号解调出来成为光纤光栅传感器实用化的关键技术之一.本文提出一种用2×2和3×3耦合器构成M-Z干涉仪作为光纤光栅的波长解调器,并对此进行了相关的理论分析和实验研究.实验结果与理论分析相符合.     

基于梳状滤波器的光纤光栅传感系统解调方法

针对现有光纤光栅解调系统存在的非线性和温度敏感性现状,提出并实验验证了一种基于梳状滤波器的波长解调方案。通过测试分析了梳状滤波器和可调谐Fabry-Perot滤波器的光学特性。并利用光学仿真软件Optisystem构建试验平台进行仿真计算,仿真结果和理论结果具有很好的一致性。搭建了解调实验平台,通过温度特性试验,实现了光纤光栅传感器对温度良好的线性特性。测试结果表明:系统精确度较高,测量误差小于3 pm,波长均方误差小于1.4 pm。     

基于布拉格光栅测温解调系统研究

光纤布拉格光栅传感器是利用布拉格光栅波长对温度、应力的敏感特性而制成的一种新型光纤传感器,具有抗电磁干扰、测量范围大、动态范围广、稳定性好等优点。光纤光栅传感器的解调技术是目前光纤光栅传感技术研究领域的重点和难点之一,开发高精度、低价格的解调系统成为光纤光栅传感器大量应用于实际的关键。简要介绍了光纤光栅的发展动态和应用现状;系统地介绍了光纤光栅的解调原理,并给出了采用边缘滤波器法实现光纤布拉格光栅温度解调的模型;利用所设计的光纤布拉格光栅传感解调系统进行了光纤布拉格光栅的温度解调实验,并对实验结果进行了分析和处理,验证了基于光纤布拉格光栅温度解调方案的可行性。     

便携式光纤Bragg光栅波长解调仪的研制

近年来光纤光栅在传感领域中的应用研究日益得到关注，其中光纤光栅波长解调是光纤光栅传感器得到应用推广的关键之一。针对大型建筑结构监测应用领域，研制了一种便携式光纤Bragg光栅波长解调仪。解调仪基于无源比例解调原理，以熔融拉锥器件作为线性滤波器，采用锁相放大技术提取微弱信号，并利用单片机控制光纤Bragg光栅波长信息的采集、显示以及存储。解调仪结构简单、成本低，可实现大量程波长测量。实验表明，该光纤光栅解调仪解调范围达15nm，波长测量精度为12．4pm。     

扫频激光器扫描非线性的优化及其在光纤光栅解调中的应用

为了研究基于压电陶瓷的法布里-珀罗(F-P)波长滤波器扫描非线性的物理机理及优化方案,搭建了基于F-P滤波器的扫频激光器。用基于梳状滤波器的透射时域法研究了扫频激光器输出的非线性特性,获得了不同扫描频率下的扫频非线性特性的变化情况,认为这是由于可调谐滤波器中的执行器——压电陶瓷的容性负载特性引起的。结合光谱测量法,获得了动态扫频线性度、扫频范围与驱动频率的关系,实验结果与理论分析结果相符。最后,提出了优化扫频非线性的驱动参数方案。通过在驱动源后增加电压跟随器提高了驱动源的负载能力和高速扫频的线性响应特性,并应用于光纤光栅解调。实验得到了1 000Hz扫频速度下的线性解调结果,即解调线性度为0.998 44。     

Numerical fringe pattern demodulation strategies in interferometry

The performance of two different numerical frequency demodulation strategies for evaluating sampled fringe patterns in interferometric applications and optics is discussed. Namely, these techniques involve traditional Fourier filtering techniques and a strategy based on the Gabor wavelets. While the latter is found to be more precise, it is generally difficult to implement wavelet-based frequency demodulation with equal performance as methods based on the fast Fourier transform. Here, we demonstrate a specialized fast wavelet algorithm that outperforms Fourier-based strategies for array sizes up to a few thousand data points and is yet more precise. The performance is investigated in numerical examples, indicating that the required choice of a global filter bandwidth is one of the main problems of the Fourier filtering strategy. Wavelet frequency demodulation, in contrast, always appears to perform slightly better, does not require judicious choice of filtering, and can often be made equally fast without loss of precision. Finally, applying this new algorithm to an ideal sinusoidal signal without noise, the precision of the numerical frequency demodulation is increased by nearly two orders of magnitude.     

利用光纤偏振分束器和保偏光纤的传感解调系统

提出了一种利用光纤偏振分束器(PBS)和保偏光纤(PMF)中偏振模间干涉原理实现光纤布拉格光栅波长解调的方案,以提高光纤光栅传感解调系统的解调精度和稳定性。运用矩阵光学原理建立了数学分析模型,由此给出了系统输出信号与光纤光栅布拉格波长之间的关系。通过仿真分析,研究了保偏光纤长度、输入光相对于保偏光纤主轴的偏振角度和光纤偏振分束器主轴方位对系统输出信号的影响,明确提出了提高系统灵敏度的方法。根据设计方案搭建了实验系统,并进行了实验验证。结果表明:该设计方案可行,系统的波长分辨率1pm,测量精度1pm,温度可测量范围为90℃。该系统测量精度高,其稳定性优于利用M-Z型干涉仪的解调装置。     

Optical near-field harmonic demodulation in apertureless microscopy

Spatial derivatives of the optical fields scattered by a surface can be investigated by apertureless near-field optical microscopy by modulating sinusoidally the probe to sample distance and detecting the optical signal at the first and higher harmonics. Demodulation up to the fifth harmonic order has been accomplished on a sample of close-packed latex spheres by means of the silicon tip of a scanning interference apertureless microscope. The working principles of such microscope are reviewed. The experimental configuration used comprises a tuning-fork-based tapping-mode atomic force microscope for the distance stabilization, and a double-modulation technique for complete separation of the topography tracking from the optical detection. Simple modelling provides first indications for the interpretation of experimental data. The technique described here provides either artefact-free near-field optical imaging, or detailed information on the structure of the near fields scattered by a surface.     

应用CWDM实现FBG传感解调的研究

本文利用粗波分复用器（CWDM）的传输特性与波长的关系，提出了一种FBG传感解调方法并建立了实验系统。通过理论分析计算，得出系统的输入／输出之间的关系，并进行了实验验证。系统的波长解调范围为4nm左右，在没有进行光功率补偿的情况下，根据实验数据的分析计算，方差最差的情况下σmax=4pm。本系统在对分辨率要求不高的工程实际中的动态解调有着广泛的应用前景。     

利用超短FBG光谱线性区的传感解调系统

为了研究一种星载光纤光栅传感解调系统,通过高掺锗光纤载氢增敏和优化紫外曝光功率,实现了栅区长度小于0.5mm,反射率大于40%,3dB带宽大于5nm,反射谱边缘有效线性区域大于2nm的超短光纤光栅的写制。提出了一种将超短FBG作为传感器件,利用其光谱线性区进行传感解调的方法。将中心波长位于光谱线性区域的稳频激光入射到超短光纤光栅,随着超短光纤光栅光谱的漂移,反射光的功率随之变化。由于稳频激光位于线性区域,返回光功率与光谱漂移量呈线性关系,因而可实现传感测量。将该系统用于应变和温度的测量,结果表明,光功率随应变、温度变化具有较好的线性关系,线性度分别为0.997和0.999,灵敏度分别为54.59nW/με和230nW/℃。该方法可用于温度及应变的精确测量,并且具有结构简单、功耗小、测量空间分辨率高等潜在优势。     

Fiber Bragg grating demodulation through innovative numerical procedures

The aim of this article is to introduce an innovative algorithm for the calculation of the shift of the maximum reflectivity wavelength of a Fiber Bragg Grating experiencing an applied strain. An accurate and precise evaluation of the FBG spectrum displacement is crucial for determining the amount of the physical quantity inducing such perturbations. The proposed method is based on the Fast Fourier Transform based Cross Correlation function. Such method is compared to Least Squares Fitting (LSF) and the centroid algorithms, pointing out remarkable improvements in accuracy, precision, and time consumption performance. In addition, a further improvement of the proposed algorithm is introduced. It consists in an iteratively performed Cross Correlation algorithm. It has been proved that such improvement leads to estimations characterized by better accuracy and precision, thanks also to a considerable reduction of the peak-locking effect due to the FBG spectral resolution.     

啁啾光栅解调的FBG传感阵列系统研究

本文针对分布式Bragg光栅测量系统解调速度慢的问题,利用Bragg光栅在均匀啁啾光栅中产生时延的线性关系,提出负载波相位调制技术和啁啾光纤光栅相结合的方法,将波长变化转变为相位变化实现波长信号的解调.实验表明该解调方案有效可行,且可获得较高的测量精度和响应速度.     

Application of complex demodulation techniques to surface analysis

Random process analysis is now widely used for analysing surface profiles. This technique has certain limitations which are brought about by the loss of phase information. This loss, under certain circumstances, can cause difficulties in the interpretation of surface structure. This paper deals with a different method of examining the structure, namely, complex demodulation which has the potential to clarify any ambiguity thereby complementing random process analysis     

罗兰-C数据解调与解码技术研究

罗兰-C数据通信已经成为罗兰-C系统扩展应用的重要方向,BPL长波授时系统和"长河二号"系统相继采用"Eurofix"技术实现了通信导航一体化。在对罗兰-C数据调制编码方式——三态脉冲位移字平衡调制、RS(Read-Solomon)和CRC(cycli-cal redundancy check)编码技术研究的基础之上,提出了一种基于交叉相关检测的罗兰-C数据解调、解码方法,并从数据获取、解调判决准则、RS纠错解码和CRC循环校验等方面详细论述了罗兰-C数据解调与解码的具体方法和算法流程,解决了罗兰-C接收机数据信息接收的关键技术。