光纤环镜在光栅传感解调系统中的应用

为实现高稳定性、高精度的波长干涉解调,研究了保偏光纤环镜在波长解调结构中的应用,设计并搭建了一种基于光纤环镜的新型光纤布拉格光栅传感器解调系统.依据传统的矩阵光学原理建立理论模型,分析采用保偏光纤环镜实现干涉解调的基本原理,研究了其结构参数对解调精度的影响并进行数值仿真验证.在理论指导的基础上,搭建光路模块,并基于LabVIEW软件设计了用于消除系统结构参数误差的测定软件与解调系统监控软件,研制电路模块,构成了完整的传感解调系统.经传感检测验证,该系统在20～90 ℃对温度的分辨率为0.03 ℃,准确度可达±0.1 ℃,实验结果与理论分析相吻合,展示了该系统具有良好的稳定性,较高的检测灵敏度和较强的适用性.     

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。     

光纤光栅温湿度检测系统研究

为了实现对室内环境的温度和湿度的实时监测,设计了一种光纤光栅温湿度检测系统。该系统以光纤光栅传感器为温度和湿度检测的敏感元件,利用波分复用技术对光纤光栅传感器进行传感网络的组建,利用F-P腔解调原理对光纤光栅传感器进行波长的解调,采用LabVIEW编写光纤光栅温湿度系统的上位机软件。光纤光栅温湿度检测系统解决了传统电力系统的组网困难,电缆质量重,测量误差大,易受电磁干扰等问题,实现实时监测环境的温湿度和数据的保存,适合各种室内环境的温湿度监测的场合。     

利用双参考光纤光栅的光纤光栅传感解调系统

光纤Bragg光栅是一种波长调制型光纤器件,利用光纤Bragg光栅反射波长对某外界参量(即待测量)的敏感效应,可以研制出光纤光栅传感器.对于光纤光栅传感系统而言其关键技术是如何解调,而在使用可调谐F-P滤波器解调时,只是注意避免光纤光栅的交叉敏感,却忽略了对可调谐滤波器的稳定性考虑.通过对可调谐F-P滤波器性能的分析,利用双参考光纤光栅得出基于可调谐F-P滤波器解调的准分布式光纤光栅传感解调系统,该系统对于外界环境稳定性好,测得数据可靠.     

流速/温度共采的光纤布拉格光栅涡轮流速传感器

为实现敏感元件仅为单一光纤光栅流速传感器的多参数同时测量,提出了一种流速/温度共采的光纤布拉格光栅(FBG)涡轮流速传感器。该传感器通过涡轮实现流体冲击力对光纤光栅中心波长的频率调制,解决光纤光栅温度应变的交叉敏感,理论计算得到其流速检测灵敏度为2.91·10-2 m/(s·Hz-1)。为测试传感器的性能,搭建了传感器测试系统,并选取光纤动态解调仪解调的光纤光栅中心波长动态信号作为试验原始数据。应用快速傅里叶变换(FFT)法分析试验数据,得到传感器流速的检测下限为0.541 7m/s,检测灵敏度为2.57·10-2 m/(s·Hz-1),检测精度为25mm/s,略小于理论计算值,其主要原因在于圆管内流体的流速并非均匀分布的匀速运动,管道内壁对流体具有一定的黏滞力。应用经验模式分解分析原始数据获取其趋势项信号,得到该传感器的温度灵敏度为10.6pm/℃,检测精度为0.5℃。     

光纤电流传感器的延迟光纤偏振串音误差

为了减小保偏延迟光纤偏振串音对光纤电流传感器测量精度的影响,利用琼斯矩阵研究了全光纤电流传感器的偏振耦合误差。简化了保偏延迟光纤的偏振串音模型,并基于简化模型得出了保偏延迟光纤偏振串音与输出的关系。通过理论仿真分别分析了在常温和变温条件下偏振串音对传感器变比的影响。对比实验结果与理论分析结论,验证了简化的偏振串音模型的合理性和仿真结果的正确性。测量了实际保偏延迟光纤偏振串音的温度特性,结果表明:在延迟光纤存在一定偏振串音时,光纤电流传感器的变比误差随电流的增加而增大;电流一定时,延迟光纤串音越高,光纤电流传感器的变比误差越大。最后,给出了满足光纤电流传感器0.2S级误差要求时延迟光纤偏振串音的允许波动范围。     

基于光纤Bragg光栅传感的油浸式变压器测温系统

鉴于传统温度传感器受到周围环境因素的影响较大,系统采用抗干扰能力强和对温度极其敏感的光纤布拉格光栅(FBG)传感器.光信号通过该传感器进行传输和测量,实现现场的无电监测.系统以数字信号处理器TMS320F2812为核心,分析了光纤光栅传感器的结构原理和光纤光栅解调系统,介绍了系统硬件组成和软件实现.实验结果表明该系统温度测量精度较高,适用于中、小型电力变压器的监测和保护.     

基于OPC技术的光纤光栅传感器接口程序设计

Bragg光栅传感器是利用Bragg波长对温度、应力的敏感特性制成的一种新型光纤传感器,其光纤光栅传感解调系统采用的接口程序大多是基于DDE技术,稳定性较差.目前主流的组态软件都无一例外地支持OPC技术,如果光纤光栅传感器接口程序也支持这一标准,就能实现光纤传感器与各主流组态软件间无缝连接.该文以武汉某桥健康监测系统的接口程序开发为例,阐述了基于OPC规范的接口程序原理,介绍了接口程序的设计方法和设计过程.     

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。     

基于光纤光栅法珀腔传感器的结构表面温度测量方法

针对结构表面温度测量需求,提出了一种基于光纤光栅法珀腔传感器的表面温度测量方法,通过光纤光栅和光纤法珀 传感同时获取被测结构的温度、应变信息,从而补偿应变对温度的交叉敏感。 本文分析了光纤光栅法珀腔的表面温度测量原 理,通过仿真对传感器的主要参数进行了设计;并提出了一种基于双参数的最小均方差估计算法用于光纤光栅法珀腔传感器的 信号解调;最后,对光纤光栅传感器和光纤光栅法珀腔传感器进行了温度测量对比实验。 试验结果表明,光纤光栅法珀腔温度 传感器在常温到 400℃范围内,温度测量值的直线拟合相关系数为 0. 998 4,最大误差百分比为 1. 46% ,均优于单光纤光栅温度 传感器。     

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.     

光纤光栅微弱信号检测的解调电路

为了在光纤光栅匹配解调系统中实现对光纤光栅微弱信号的检测与处理,在应用微弱光电信号检测原理的基础上设计一种高信噪比、高检测精度的解调电路,该解调电路采用低噪声电路元件参数选取原则和前置放大器设计的一般方法,在雪崩光电二极管与信号数模转换之间采用互阻放大器、巴特沃斯滤波电路和多级放大电路,实现了电路的最佳噪声匹配,有效地抑制了电路的噪声和干扰。该解调电路在光纤光栅匹配解调系统中具有很高的信噪比和测量精度,且具有很好的灵敏度,在测量低频率振动信号试验中具有优异的性能。实验表明:该电路解调系统在25～200 Hz正弦激励振动信号下具有很好的低噪声性能,精确的测试出振动信号,同时该电路所采用的方法与措施对其他测量系统也有借鉴意义。     

基于Android的用于光纤光栅信号解调的OCM检测系统

在光纤光栅传感系统中能够使用一台操作直观、精度高、成本低廉并且携带方便的光纤光栅信号解调仪显得尤为重要。文中将一款光道检测仪OCM(Optical Channel Monitor)应用于光纤光栅的信号测量,并在操作系统方面采用了Google Android操作系统,使用了Android NDK(Native Development Kit)和SDK(Software Development Kit)分别对linux内核和Android应用程序进行开发,实现了一种基于Android操作系统的OCM通信和控制系统,能够对光纤光栅所反射的中心波长进行实时准确的检测。     

SIMULTANEOUS MEASUREMENT OF STRAIN AND TEMPERATURE WITH POLARIZATION MAINTAINING FIBER BRAGG GRATING LOOP MIRROR

□ A novel simultaneous method of strain and temperature measurement based on a polarization maintaining fiber Bragg grating loop mirror is proposed and demonstrated. The sensing head was composed of a fiber loop mirror and a section of fiber Bragg grating made of a polarization maintaining fiber. The Bragg wavelengths of the fiber grating in the polarization maintaining fiber were along slow and fast axis showing different sensitivities to strain and temperature with the interferometric peak wavelength of the fiber loop mirror. By monitoring the shifts of the Bragg wavelength and interferometric peak of the fiber loop mirror, with its temperature sensitivity of 0.1167 nm/°C and strain sensitivity of 0.0093 nm/μ?, a temperature measurement resolution about 0.009°C and a strain measurement resolution of 1.08 μ? was achieved theoretically and experimentally.     

光纤Bragg光栅传声器设计

在详细分析光纤Bragg光栅(FBG)振动传感原理的基础上,设计了基于悬臂梁结构的光纤光栅传声器.系统采用结构简单、解调速度快的线性斜边滤波解调方法,选用1 531 nm/1 551 nm的CWDM作为滤波器件,其边带斜率为13 dB/nm.分别进行了单频信号(300 Hz和4 kHz)测试实验及声音信号测试实验,表明该传声器具有良好的频率检测性能和较高的信噪比,可以无失真地传递人的声音.而且,该系统可以实现光源复用,降低系统成本.     

光纤磁流体电磁场传感新方法研究

摘要：以磁流体纳米功能材料为腔内介质，提出一种新型的光纤F-P电磁场传感器，并给出了基于光纤光栅波长扫描的信号解调方法。对磁流体的可控折射率特性及其对电磁场测量原理进行了充分的分析，介绍了传感器系统的结构和原理。对所提出的方法以及影响测量结果的因素进行了初步的实验，结果表明，测量特性具有较好的线性度，且得出温度和磁流体薄膜厚度都会对测量结果有影响的结论。     

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。     

光纤傅里叶变换光谱术在光纤光栅传感解调中的应用

介绍了光纤Mach-Zehnder干涉仪的基本原理和光纤傅里叶变换光谱仪(FFTS)的结构;基于光纤Mach-Zehnder干涉仪,采用傅里叶变换光谱算法对光纤Bragg光栅传感器的波长进行了解调。宽带光源发出的光经过光纤耦合器进入光纤Bragg光栅,其反射光由耦合器返回进入到FFTS中进行测量,FFTS的最高光谱分辨率达到0.05 cm-1,即在近红外1 550 nm波长处分辨率为0.012 nm。分别对光纤Bragg光栅的应变特性和温度特性进行了测量。测量显示:光纤Bragg光栅的应变灵敏度为0.833 pm/με,温度灵敏度为19.78 pm/℃。得到的结果表明FFTS系统具有高分辨率、大测量范围的特点,可满足光纤Bragg光栅传感器波长解调的需求。