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。     

光谱学方法测量多光纤光栅色散研究

用光谱学方法测量多个光纤光栅的反射色散.利用部分相干理论对方法原理进行分析,所建立的系统适用于多个光纤光栅反射带宽不重叠的情况,对系统略作改造也可用于测量单个光纤光栅透射色散.对整幅干涉图进行一次性数据处理或对每个干涉信号分开处理都可以得到待测光纤光栅的群时延.实际测量结果证明了系统的可行性.     

新型多功能光纤传感器研究及应用

应用了基于马赫曾德干涉机构的新型光纤传感器,其优点为:结构灵巧,易于埋入待测结构内;灵敏度高,能感受到材料内部的微小变化;测量原理简单可靠,信号容易探测.这种传感器将可以检测应变、温度等参量,为工程结构的长期健康监测提供了强有力的保证.本文构建了一套光纤传感器检测系统,通过电测系统对其进行了标定,得到了干涉条纹移动数与应变之间的关系,并用其对典型试件受静态栽荷做了检测,结果与实际相符.此外应用该系统做了温度变化的标定与测量试验,同样结果较好.说明该光纤传感器在工程结构中的应用前景很好.     

耦合型单模光纤传感器用于振动测量研究

讨论了一种以单模光纤耦合器的熔融区为敏感单元的耦合型单模光纤传感器。分析了该传感器的敏感机理,依据单模光纤耦合器耦合输出与耦合区长度和折射率的函数关系,提出该种传感器可实现振动测量。搭建了基于等强度悬臂梁的振动检测系统,通过与压电振动传感器的对比测试表明该传感器可更好地实现振动信号的测量,并分析了其振动响应特性。实验证明耦合型单模光纤传感器可以用于振动信号的测量。     

分布式光纤传感器多点温度测量的研究

基于光时域反射技术(OTDR)的原理,建立了拉曼散射分布式光纤多点温度测量系统,提出了一种新型的解调方法,即循环解调方法,用最近已知OTDR温度曲线解调下一个待测点OTDR温度曲线。通过实验验证了理论分析的正确性,该系统能够抑制温漂噪声的积累,防止瑞利背向散射光窜扰反斯托克斯背向散射光,其空间分辨力小于3m,温度分辨力约为±3℃,时间分辨力不大于3min。     

基于光时域反射法的分布式光纤应力传感器

研究了光纤时域反射仪的基本原理和光纤的微弯损耗机理，在此基础上开发了一种用光时域反射仪(OTDR)进行探测的分布式光纤应力传感器。对光纤微弯调制机构和传感器系统进行了设计与实验，分析了系统的灵敏度和空间分辨率的影响因素，实现了空间分辨率3m，测量范围1km的测量精度。现场实验表明：对山体滑坡等事故的发生能实现及时准确的灾害预报。     

球内反射式光纤测头

测头系统作为精密量仪的关键部件,其精度高低直接影响量仪的测试性能,因此一直受到精密测量领域的关注.目前,广泛使用的三叉式触发测头,在结构上存在各向异性、测杆变形等带来的误差问题,制约了精度的提高.为此,提出一种新型的球内反射式光纤测头,充分利用了接触式测量和非接触式测量的优点,采用特殊的光纤球内反射结构,并运用计算机图像技术进行信息处理.通过原理的探索、实验样机的研制以及试验验证,该球内反射式光纤测头原理完全可行,在一维微位移平台上实验得到测头的测量位移量阈值小于0.1 μm,单向重复性精度达到0.0449.μm.     

反射式塑料光纤微距检测系统的设计

文中,依据光纤镜面反射原理,并利用塑料光纤成本低、可绕性好和芯径粗易于加工的特点,进行了塑料光纤微距传感检测系统的设计.重点介绍了传感器的原理、测量系统的组成、检测电路的特点等,给出了光信号处理系统、电信号处理系统、软件程序设计以及实验测量结果.实验结果表明,在0～1 mm范围内传感器输出与待测距离成线性关系,灵敏度为1.72 mV/μm,平均相对误差为0.483％,适合于微距的测量.     

光纤流量非浸入式测试系统

提出了一种基于湍流振动原理的非浸入式流量测量方法。该方法通过在油管外壁缠绕特定长度的传感光纤,并在传感光纤两端焊接光纤光栅组成光纤流量传感单元。由于流体流过管壁时湍流产生动态压力,动态压力会导致缠绕在管壁上的传感光纤相位发生变化;通过光纤干涉仪技术、时分复用技术及相位载波调制解调技术解调出相位信息,即可实现流量的在线监测。实验数据分析显示,得到的相位变化与流速呈二次曲线关系,设计的实验系统可实现5~50m3/h流量的实时在线测量。由于采用光纤作为传感器感知流量信号,该方法结构简单可靠,灵敏度高,避免了传感光纤流量计需要浸入流场的缺陷,是井下流量测试的理想方法。     

超声激励-光纤光栅传感的板结构损伤识别

为实现利用光纤光栅代替压电陶瓷进行固体中超声波信号的检测和结构损伤的识别,搭建了超声激励-光纤光栅检测系统.系统采用超声波探伤仪激励超声探头从而在薄板中产生超声波,利用粘贴型光纤光栅对超声波进行测量,用基于可调激光光源的解调系统实现光纤光栅中心波长的解调.分析了该检测系统的工作原理,理论推导了其输出电压与所测超声应变的关系式.在此基础上,首先,将该装置用于5052铝合金板中超声波声轴线声强分布特征的研究,验证了该装置用于板中超声波信号测量的可行性;然后,利用该装置分别进行5052铝合金板中2处直径为6 mm的孔缺陷的检测,实验证明,当板中出现孔缺陷时,光纤光栅所测波形中将出现新的波包,可通过损伤前后新增波包到来的时刻确定孔的位置,两孔的缺陷定位偏差分别为3.3 mm和0.8 mm.     

分布反馈式光纤激光器动态特性的研究

为了探明分布反馈式(DFB)光纤激光器用于水声探测时,所测得的声压灵敏度高于静压条件下计算所得的声压灵敏度,且动态响应曲线不平坦的原因及其机理,对DFB光纤激光器的动态特性进行了研究。对两端固定并分别置于空气和水介质中的DFB光纤激光器的振动模态进行了数值仿真分析;设计加工了实验夹具,分别对其进行了实验研究。实验测得数据表明,两端固定的裸纤在发生振动时的第一阶固有频率与其夹持长度有关,且随着该长度的增大,固有频率降低;当夹持长度分别为50mm、55mm和60mm时,在空气和水介质中DFB光纤激光器振动的第一阶固有频率分别约为250Hz、200Hz、125Hz以及200Hz、160Hz、120Hz,实测数据与仿真分析吻合。可见当DFB光纤激光器受外界激励发生振动时,引起了激光器输出信号幅值的波动,导致其声压灵敏度出现起伏,第一阶固有频率对其具有很大的影响。     

非平衡光纤干涉仪臂差精确测量方法研究

为实现对光纤干涉仪臂差的精确测量,提出了一种采用基于F-P调谐滤波技术的光纤光栅解调系统来精确测量光纤干涉仪臂长差的方法.简要介绍了F-P调谐滤渡法的渡长解调原理,通过分析非平衡迈克尔逊干涉仪的工作原理,指出了输出干涉谱与臂差之间的关系,进而分析了光纤光栅解调仪对干涉仪臂差进行精确测量原理.实验表明该方法可以实现对干涉...     

Refractive index sensor based on fiber loop ring-down spectroscopy

An optical fiber refractive index sensor based on fiber loop ring-down spectroscopy and a tapered fiber was fabricated using an ordinary single mode fiber with an arc fusion splicer. The performance of the sensor was controlled by the parameters of the tapered fiber. A fiber loop ring-down spectroscopy system was employed to enhance the sensitivity and demodulate the transmission spectrum. The results showed that a sensor with a waist diameter of 14 m and a length of 1.2 mm had good optical performance. By monitoring the ring-down time of the system, relatively high sensitivity of 411.576 s/ RIU was achieved with refractive index values from 1.333 to 1.412. This sensor offers few interferences, high sensitivity, easy fabrication, and low cost.     

法布里-珀罗型光纤应变干涉仪

光纤传感技术是现代通信的产物,是随着光纤及通信技术的发展而逐步发展起来的一门崭新技术。光在传输过程中,光纤易受到外界环境的影响,如温度、压力等,从而导致传输光的强度、相位、频率、偏振态等光波量发生变化。通过监测这些量的变化可以获得相应的物理量。详细介绍了一种常用的干涉型光纤传感器——法布里-珀罗（F-P）光纤应变干涉仪。     

重复频率锁定的783 nm飞秒光纤激光器研制

设计并搭建了重复频率长时精确锁定的783 nm飞秒光纤激光器。该激光器基于全保偏非线性干涉环镜(NALM),实现掺铒光纤振荡器锁模脉冲输出,由与脉冲分离器级联的环境稳定掺铒光纤双级放大器进行功率放大,实现了平均功率1.30 W、脉冲宽度130 fs、重复频率77.1 MHz、1560 nm脉冲输出;通过周期极化铌酸锂(PPLN)光学晶体倍频,获得了平均功率为0.52 W、脉冲宽度为140 fs、783 nm脉冲输出。通过重复频率监测及锁相环技术,进一步将掺铒光纤振荡器的重复频率溯源至参考铷原子钟,12 h内频率抖动峰-峰值为5 mHz、标准偏差为1.2 mHz。该激光器系统具有稳定性高、集成度高、体积小的特点。     

多信道数据采集和光纤传输系统的实现

本文设计并实现适用于高压变电站容性设备的多信道数据采集系统，提出了采用硬件测量信号频率作为初值，以最小二乘法拟合实际信号频率，结合离散傅里叶变换法进行容性设备介质损耗计算的方法。系统采用双纤双向的光纤通信系统传送数字信号，实现了强电侧和弱电侧的隔离。     

基于啁啾光纤光栅的电压传感性能研究

电压的实时测量是电力系统稳定、安全的关键。提出了一种基于啁啾光纤光栅的电压传感器,利用压电陶瓷的逆压电效应带动黏贴在其上面的传感啁啾光栅发生形变,使传感啁啾光栅的波长发生漂移,通过检测传感啁啾光栅和参考啁啾光栅反射光包络的强度变化,获取被测电压的幅值和频率信息。理论分析了电压与光功率变化的关系,搭建了带温度补偿的双啁啾光栅传感系统,实验研究了传感器的静态和实时动态特性。实验结果表明,该传感器的相关系数R2为0.999 8,电压灵敏度达到0.048mW/V,既能直接检测直流电压,也能较好地检测交流电压及其频谱信息,为在复杂环境评估电能质量提供了参考。     

基于单片机的光纤Bragg光栅传感器的解调系统

长期以来,对光纤Bragg光栅传感器反射波长的检测是采用光谱仪,随着光纤Bragg光栅传感器应用的不断发展,光谱仪表现出越来越多的局限性.本文利用调谐法布里-珀罗腔多光束传播,当法布里-珀罗腔满足特定条件时其透射光可达到最强或最弱原理,建立了F-P腔解调系统模型,通过检测F-P腔的相关参数而得到所测的参变量;根据光纤Bragg光栅自身特性,建立了匹配滤波法解调系统模型,应用另一光纤Bragg光栅跟踪被测光纤Bragg光栅的变化,从而得到所测量;论文指出了应用时在这两种解调方案中需要解决的关键问题.为了提高系统测量的准确性和实时性,系统采用单片机系统处理相关数据信息.本文系统详细阐述了在解调系统中单片机的应用及相关接口模型,给出了详细的软硬件设计.     

光纤光栅内锥式流量计的研究

光纤光栅传感技术具有光纤传感技术的所有优点，内锥式流量传感器具有量程比大，压损较小，耐高温高压，要求前后直管段长度小的特点。将光纤光栅和内锥流量传感器结合组成了新型的光纤光栅内锥式流量计，介绍了光纤光栅和内锥式流量传感器的工作原理，光纤光栅内锥式流量计的组成。实验数据和结论。     

锥形光纤的调制特性研究

将通信光纤的末端拉制成锥形能实现光纤之间的耦合,在锥形光纤耦合系统中,载波(被信号所调制的光波-光脉冲)在经过锥形光纤耦合后(连接与分束)其脉冲变化特性对锥形光纤通讯系统是十分重要的。在实验上检测了锥形光纤中光脉冲的调制特性,并从理论上引入脉冲归一化振幅,讨论色散和非线性效应对脉冲的影响,得出光脉冲在经过锥形光纤耦合传输后其形状保持不变的结论。