分布式光纤光栅传感系统的波长检测技术

波长检测技术是当前光纤光栅传感领域的重点和难点之一,光纤光栅传感系统的一个显著优点是易构成分布式传感网络系统,实现多点、多区域同时检测.文章以几个典型的解调系统为例,重点分析了分布式光纤光栅传感系统中信号解调的工作原理、特点和性能.     

基于全同弱反射光栅光纤的分布式传感研究

利用弱反射光栅低反射率的特性,提出了基于全同弱布拉格反射光栅的分布式光纤传感方案。采用光波长时域反射解调技术,进行定位和解调,实现高密集度的准分布式传感。从理论上分析了光纤光栅反射率、光栅单元间隔以及传输损耗等对传感系统复用容量的影响。结果表明,这种方法可以有效提高光栅传感系统的复用容量,并降低信号解调成本。实验验证了该方案的可行性,系统复用了4个反射率为6%的光纤布拉格光栅(FBG),实现了单点、多点测量,温度测量的分辨力达到0.12℃。     

光纤光栅分布式传感器信号解调技术

分布式光纤光栅传感是光纤技术的重要应用之一,而信号解调技术是实现传感系统网络化的关键.介绍了光纤布拉格光栅（FBG）传感原理,阐述了目前国内外广泛采用的两类解调方法：波长扫描解调和参量转换解调,并对这两类解调方法中典型的解调技术进行了详细论述,归纳了各自的优缺点,为分布式光纤光栅传感解调系统设计提供了依据.     

用可调谐F-P滤波器实现分布式应变与温度同时测量系统

理论分析了FBG光纤光栅和长周期光纤光栅应变与温度同时测量的传感原理.在分析实现光纤光栅传感技术解调的基础上,重点研究了可调谐光纤F.P滤波器解调法.提出采用可调F-P滤波器实现分布式应变与温度同时测量系统的解调方案,较好地实现了多点应变与温度的同时测量.这种方法的测量精度较高,其中测量应变的灵敏度可以达到9με,测量应变的灵敏度为15℃.     

分布式光纤光栅传感系统信号解调技术

光纤光栅是近年来光纤传感领域的研究热点,波长编码信号解调是实现光纤光栅分布式传感网络的关键.本文分析了分布式光纤光栅传感系统信号解调的一般原理,总结了系统信号解调过程中存在的主要技术难点,分类评述了几种典型的解调技术的工作机理,并重点分析了其特点和性能,同时提出了一种宽带光源/副载波解调技术.该技术具有实时性好,成本低等优点.     

光纤光栅传感系统信号解调技术的研究

光纤光栅传感是光纤光栅的重要应用之一,波长信号的解调是实现光纤光栅传感网络的关键。介绍了布喇格光纤光栅(FBG)传感的基本原理,对比FBG说明了长周期光纤光栅(LPG)的特点。阐述了基于长周期光栅的布喇格光纤光栅的解调技术,详细阐述了用长周期光纤光栅来解调布喇格光纤光栅的具体方案及技术。     

光纤布拉格光栅传感系统信号解调技术研究

光纤光栅传感是光纤光栅的重要应用之一,波长编码信号解调足实现光纤光栅分布式传感网络的关键,介绍了光纤光栅传感的基本原理,分类评述了几种常用解调方法的工作原理、特点和性能,并分别给出了其典型的实验原理图,为光纤光栅传感技术的发展及其信号解调设计提供了依据。     

基于遗传算法的光纤光栅交叉敏感解调研究

光纤光栅在现代传感领域应用广泛,但交叉敏感特性严重制约了其发展。针对光纤光栅在传感领域应用中存在温度与应力交叉敏感的问题,提出了一种基于遗传算法的解调方案,建立了遗传算法的快速解调模型,经过数学分析得到遗传算法目标方程、适应度函数,系统讨论了参考光纤光栅与传感光栅的反射中心波长不同、反射峰值不同情况下的解调结果。数值研究结果表明,提出的基于遗传算法的解调方案可以有效地解调出参考光纤光栅与传感光栅参数不同情况下的温度与应变变化,有效地区分出温度与应力的影响,温度检测精度为0.1 ℃,应力检测精度为1.5 。打破了传统参考光纤光栅法要求传感光栅与参考光栅一致的要求,降低了系统的组建难度。     

基于干涉法的光纤光栅波长移位解调方案

光纤光栅波长位移的解调是实现传感系统的关键技术。分类阐述了基于干涉法的光纤光栅波长移传的解词方案,分析了各个方案的解调机理和特点。     

时分复用光纤光栅系统的边缘滤波解调与标定

为实现高空间分辨率和高测量精度的准分布式光纤光栅应变传感系统,研究了基于时分复用光纤光栅传感系统的解调和标定方法。将波分复用和时分复用技术相结合,得到两个低反射率光纤光栅的应变灵敏度分别为33.40με/mV和38.47με/mV,标定的非线性误差为2.8%。基于光纤光栅光谱边缘滤波技术,构建时分复用光纤光栅应变传感系统,提出复用光纤光栅应变的交叉传感解调算法,实验测试并解调两个光纤光栅的交叉传感数据。实验分析表明,单次测量传感系统的最大误差为18με,应变量大于100με时的传感相对误差小于5%,满量程600με的引用误差小于2%。     

基于数字相关匹配的光纤光栅非对称反射峰解调算法研究

光纤布拉格光栅(FBG)在封装时易出现非对称反射峰,传统拟合方式对此现象解调误差大.针对这一问题提出了一种基于数字相关匹配的光纤光栅解调新算法.采用Matlab仿真和水浴实验对此算法进行了检验,证明该算法的可行性及有效性.实验结果表明:在FBG存在非对称反射峰现象时,所提出的算法比传统高斯拟合算法误差减小约67％.基于数字相关匹配的光纤光栅解调算法扩大了解调算法的运用范围,提高了非对称峰时的解调精度,保持了光纤光栅的有效传感.     

功率加权法用于光纤Bragg光栅特征波长检测

提出了一种用于光纤Bragg光栅(FBG)传感系统中反射波位移检测的算法.采用FBG反射波波长对光功率的加权平均作为特征值进行数据处理,用于FBG传感温度补偿系统中应变参量与温度参量的分离.研究结果表明:在光源扫描步长为50 pm时,使用该算法的FBG传感温度补偿系统的检测灵敏度达到传统中心波长法检测灵敏度的10倍左右.     

基于布里渊损耗的单端分布式光纤传感系统研究

基于布里渊散射的分布式光纤传感系统以其可在整根光纤中同时得到被测量场在时间和空间上的连续分布信息,进而成为传感领域国内外研究的热点。针对传统的布里渊光时域分析分布式传感器只能双端入射且成本较高的缺陷,探索性地提出了一种新型的单端布里渊损耗光时域分析传感结构。采用一台窄线宽激光器作为唯一光源,应用铌酸锂电光强度调制器调制入射光产生频移可调的脉冲泵浦光,与经过光纤布拉格光栅反射的连续探测光进行布里渊散射放大效应。通过检测探测光光功率,采用洛伦兹和高斯函数线性权重谱和Levenberg-Marquardt算法得到了不同脉宽下整根光纤布里渊损耗谱。实验结果初步证明了这种传感结构对于分布式测量是可行的,对单端BOTDA的研制具有一定的供参考价值。     

螺旋布设光纤光栅的软体操作器形状传感方法

为实现微创手术软体操作器弯曲伸缩运动时的形状测量,提出一种螺旋布设光纤光栅形状传感方法。不同于传统的直线形布设方法,螺旋形布设方法可以防止软体操作器弯曲伸缩运动时,光纤光栅的折断、脱胶现象发生。理论分析了螺旋布设光纤光栅的传感原理及弯曲变形的重构算法;制备了光纤光栅沿螺旋形布设在软体操作器表面的试样;搭建了软体操作器弯曲变形的实验系统;实验分析了软体操作器在不同弯曲状态下,螺旋布设光纤光栅中心波长漂移量与弯曲角度间的变化规律,并重构出软体操作器的变形形状。实验结果表明:螺旋布设光纤光栅在软体操作器中不同位置的灵敏度最大为7.1pm/(°),软体操作器弯曲角度实际测量值与理论重构值间的最大误差不足4.29%。螺旋形光纤传感方法可用于软体操作器形状传感与重构。     

基于光纤传感的形状传感发展研究

光纤传感技术是近年来新兴的一种传感技术, 在众多领域中得到了广泛的关注和研究。归纳总结了光纤形状传感技术研究的主要进展, 讨论了基于光纤光栅传感和分布式传感的光纤形状传感技术的基本原理, 介绍了形状重构的理论框架——Frenet-Serret公式, 分析了分布式光纤形状传感技术研究中的关键问题, 并在此基础上对分布式光纤形状传感技术的研究前景进行了展望。     

光纤光栅传感技术的优势与应用

从光纤传感技术的优势出发,介绍了一种新型功能强大的光纤传感技术-光纤光栅传感器.着重论述了分布式光纤光栅的关键技术和光纤光栅传感器产品的应用情况,分析了光纤传感技术的未来发展趋势.     

基于光纤光栅的软体机器人末端力测量方法研究

手术机器人的末端操作力测量是实现机器人精准控制的关键,对保证手术操作的安全性至关重要。文中针对微创手术软体机器人末端三维力测量的实际需求,提出一种基于光纤光栅的微创软体机器人末端三维力的测量方法。基于光纤光栅传感原理,分析光纤传感器植入在软体机器人中的传感特性,建立基于最小二乘法线性标定和基于伯恩斯坦多项式非线性补偿的软体机器人末端力解耦模型,研究光纤光栅中心波长漂移量和软体机器人末端三维力之间的关系。并通过实验测试和对比分析验证了基于线性标定和非线性解耦算法的光纤传感软体机器人末端力测量性能研究结果表明:光纤光栅传感的可重复性平均为1.5 pm,末端力在XYZ三个方向上的测量精度误差均低于满量程的5%,且残差分布大部分集中在可靠区间,具有良好的重复性。所提出的基于光纤光栅的软体机器人末端力解耦算法为微创手术软体机器人的末端力精确测量提供了有效的方法,在生物医学等软体机器人的末端力测量中具有应用前景。     

基于TDMIS3C44B0X的光纤Bragg光栅传感信号采集方法

光纤传感技术与高速信号处理技术相结合,将极大地提高光纤传感技术的应用水平。描述了如何对光栅传感信号进行数据采集,介绍了ARM7TDMIS3C44B0X的中断过程,提出了将光纤光栅传感技术与TDMIS3C44B0X中断方式相结合的办法,以提高光纤光栅传感系统的数据采集能力,给出了软硬件设计方案。     

多芯光纤光栅形状传感性能与重构误差研究

多芯光纤光栅形状传感技术利用空分复用以及应变监测的优势,结合不同的栅点布设方案,实现待测对象的连续曲率和形状传感。首先介绍了多芯光纤光栅曲率和挠率传感原理,提出采用齐次矩阵变换的三维重构算法实现光纤的三维形状重构。为了探究不同光栅密度对实验精度的影响,利用算法编程模拟了不同光栅间距下的三维形状重构精度,依据模拟仿真的结果,建立了不同光栅间距与三维重构误差之间的关系。三维形状传感实验使用光栅间距为10 cm和5 cm的七芯光纤光栅串。实验结果表明,最大误差出现在尾点处,分别为2.56 cm和1.15 cm,占全长的3.2%和1.4%,平均误差为1.32 cm和0.62 cm,占全长的1.7%和0.8%。实验结果与仿真值比较接近,说明可以依据仿真结果对不同光栅间距下的三维形状误差进行预测。结合具体的应用场景合理配置测点资源,在较低的成本范围内实现高性能的检测。     

基于F-P腔滤波器的FBG温度传感器解调技术

近些年来,光纤光栅传感器成了传感领域的研究热点.对高精度的波长编码信号解调是实现光纤光栅传感的关键技术.介绍了光纤布拉格光栅(FBG)传感器的工作原理,同时对F-P腔滤波器的工作原理进行了分析,阐述了光纤光栅传感器解调技术的发展趋势,并提出了光纤光栅传感器解调技术需要解决的技术问题.