用于CARS激发源的全光纤窄线宽皮秒脉冲种子源的研究

进行了窄线宽、低重复频率和无色散管理的全光纤皮秒脉冲种子源的研究。数值仿真分析了腔内脉冲的演化过程,研究了腔长和光纤光栅带宽对脉冲稳定性和脉冲宽度的影响。搭建实验系统,对腔长和抽运功率的影响进行了实验研究,在腔长为24.1 m时,成功产生86 ps的稳定光脉冲,其线宽为0.04 nm,重复频率为4.3 MHz。当将此脉冲放大用于相干反射托克斯拉曼散射(CARS)光谱探测,理论光谱分辨率可达0.3 cm-1。     

基于波长调制技术的内腔式气体传感研究

气体传感理论和实验研究已成为当今光纤传感领域的热点之一。波长调制法和有源内腔法是提高气体传感灵敏度的两种有效方式。结合上述两种气体传感方法,构建一个基于波长调制技术的内腔式气体传感系统。讨论气体吸收光谱二次谐波分量与气体浓度之间的函数关系,从理论和实验两方面确定系统的最佳参数。利用提取多条吸收谱线的二次谐波分量,采用平均算法进一步提高系统灵敏度,进行乙炔气体传感的灵敏度可达7.5×10-5。以光纤光栅作为波长参考,建立系统的波长-电压响应曲线,进而检测气体的吸收波长值。进行乙炔气体传感时吸收波长检测的绝对误差不超过0.445 nm。     

基于多波段混合气体吸收谱线的波长标定方法研究

为实现光纤扫描光源宽调谐范围内输出波长的高精度标定,提出了一种基于多波段混合气体吸收谱线的波长标定方法。采用分段阈值二阶导极值法和洛伦兹线型拟合法从混合气体吸收光谱中提取多条谱线中心位置,以其波长和驱动电压为参考点对Fabry-Perot(F-P)可调谐滤波器的迟滞非线性特性进行二次多项式拟合标定。将C2H2在C波段的吸收带与CO2在L波段的吸收带相结合,选取了21条C2H2谱线和16条CO2谱线作为波长参考。将本方法用于C+L波段的光纤光栅(FBG)波长解调,在0~60℃范围内波长拟合标准差小于3.3pm,线性相关系数大于0.999 8,系统稳定性误差小于2.6pm。     

一种用于光纤周界安防系统的端点检测方法

为了提高光纤周界安防系统中扰动信号端点检测的 性能,提出一种新型端点检测方法。首先通过计算信号 的短时能量和过零率分布分别找出信号中短时能量比和过零率满足一定门限的信号点,通过 对这两信号点 进行一定的加权确定扰动信号的端点位置。与离散小波提取起始点信号相比,本文方法由于 综合了短时能量 和过零率法的优势,能够适应更多的扰动事件类型,通过加权极大提高了端点检测的精度 ,并且运算时 间大幅降低,提高了系统的实时性。实验结果表明,本文算法在10M Hz的采样速度和采集0. 3s数据情况下,93.47%的数据定位误差低于10m,计算时间少于0.3s。     

基于USB2·0的高速光纤光栅解调系统的研制

研制一种基于USB2.0通信的高速光纤Bragg光栅解调仪。采用EZ-USBFX2系列的CY7C68013芯片为核心作为USB外围设备,设计并实现光纤光栅传感的数据采集与USB2.0的高速数据传输系统。解调仪波长解调范围为1542~1551nm,检测精度为15pm,数据刷新速度为200kHz,而目前同等成本的解调仪速度仅为几百赫兹。     

光纤光栅温度传感器稳定影响因素研究

提出一种可用于航天系统温度监测的光纤布拉格 光栅(FBG)温度传感器及其封装方式。通过对FBG温度传感器结构进行力学仿真,分析了FB G的预拉伸幅度、低熔点玻璃厚度对传 感器稳定性的影响;提出了优化传感器封装性能的方法,并通过实验进行了验证;对封装的 FBG传感器进 行四次稳定性实验,每次实验相隔二十天。实验结果表明:FBG传感器在各个温度点(－70℃,……, 30℃)波长的标准差小于0.57pm;FBG传感 器温度灵敏度为8.4pm/℃,温度测量标准差小于0.067℃; 在液氮环境中,FBG传感器波长的标准差为0.43pm,具有良好的低温 稳定性。     

蓝宝石光纤法布里-珀罗高温传感的实验研究

进行了基于蓝宝石光纤及晶片的光纤法布里- 珀罗(F-P)高温传感器研究。理论仿真分析了传感器温度传感灵敏度及干涉光谱信号质量 随蓝宝石晶片厚度 变化趋势。结果表明,在信噪比(SNR)为30〖J P ＋2〗dB、晶片厚为75μm时,可避免干涉光谱信号波峰干涉级次跳 变问题, 同时获得3.114nm/℃(1080℃)的温度传感 灵敏度。建立了高温传感器系统,并基于干涉光谱相位分析算法 进行解调,实现了130～1080℃测温范围,测 温误差小于±2.45℃, 1080℃下温度传感灵敏度测试值为2. 973nm/℃,与理论温度传感灵敏度基本吻合。     

嵌入式图像检测一体机研究

嵌入式图像检测一体机是以机器视觉为基础,将图像采集技术和嵌入式系统相结合的一种新型图像检测设备.该设备由硬件和软件两部分组成,硬件部分包括光学成像模块、图像采集模块、数据处理模块及系统接口模块;软件部分由图像传感器驱动、嵌入式系统配置、系统自启动程序、图像预处理和数据处理程序构成.实验表明,该设备可在各种条件下清晰地采集到有效的图像数据,且处理速度快,是一个优秀的嵌入式图像检测硬件平台.该嵌入式图像检测一体机填补了国内图像检测硬件领域在嵌入式方面的空白.     

相移光纤光栅对超声波信号的频率响应特性研究

为实现利用相移光纤Bragg光栅(phase-shifted fiber Bragg grating, PS-FBG)代替压电陶瓷(piezoelectric ceramics, PZT)进行结构损伤检测,本文研究 了PS-FBG对 100 kHz—1.5 MHz范围内的超声波信号的频率 响应特性。搭建了超声波激励信号的产生平台和高灵敏度光 纤光栅平衡传感系统,利用幅度分析法对连续超声波激励下的传感器响应信号进行分析。由 于薄板存在共 振频率的问题,使用时间长度为0.5 ms的突发型激励信号,并用能量 分析法评估传感器的响应情况。 实验 结果表明,PS-FBG传感器的频率响应在±3.49 dB范围内,由此可得 PS-FBG传感器对100 kHz—1.5 MHz范围内的 超声波信号具有宽谱响应的特性。     

光纤传感与红外视频的复合入侵监控系统设计

针对机场、油库等特定区域的高识别率、低误报率入侵事件监控需求,提出了一种基于光纤传感与红外视频的目标识别方法。其中,光纤传感部分采用基于MCSVM的非对称双马赫-曾德尔干涉仪（ADMZI）分布式光纤振动传感器,将EMD(经验模式分解)、将峰度特征与MCSVM相结合以提高识别率;红外识别部分将灰度差值图像通过小波变换提高清晰度。两者经过模式对比算法,实现入侵事件判定。搭建系统做现场实验,结果表明:该方法能够识别四种常见的入侵事件(爬越围栏、敲击电缆、剪断围栏、摇动围栏),平均识别率在92.5%以上,误报率0.9%,相对传统单一传感器方案,该方法在漏报率和虚警率等系统性能上都有较大的改善,能够满足实际应用要求。