基于相位生成载波解调的光纤FP传声器的研究

本文针对基于相位生成载波解调的光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot,FP)传声器展开了研究。经过反正切函数,提取传声器的相位信息,降低了激光器对信号的影响,实现了声信号的还原。通过采用数字化归一化参数实时估计方法和相位累加算法,分别减小了信号对相位调制深度的依赖性和消除反正切函数对信号幅度的限制。在实验中,通过采用对比法,测试了基于相位载波生成解调的光纤FP传声器的性能。实验结果表明,基于相位载波生成解调的光纤FP传声器的灵敏度可达273m V/Pa@1k Hz,其频率响应为50Hz^5k Hz@±3d B。本文的研究能够很好的应用于语音通讯和声探测等领域。     

用于探测极低频信号的光纤传感器相位生成载波解调方法

提出并实现了一种用于微弱极低频信号探测的干涉式光纤传感器相位生成载波(PGC)解调方法。对PGC解调方法中微分交叉相乘(DCM)及反正切(Arctangent)两种相位抽取算法应用于极低频信号解调进行了理论分析和算法仿真,其结果表明,DCM式PGC算法解调极低频信号时,其结果中存在直流漂移,而Arctangent式PGC算法的解调结果中不存在直流漂移问题。进而基于光纤干涉仪搭建了极低频光纤传感系统,并进行了两种PGC解调算法的对比实验,实验结果表明,Arctangent式PGC算法不存在DCM式PGC算法解调极低频信号时的直流漂移,且能够准确解调极低频信号,与理论分析的结论相符。最后采用Arctangent式PGC算法实现了极低频干涉式光纤传感系统,该系统达到的最低可探测信号频率为0.01 Hz,最小可探测信号为4×10-4rad/Hz,动态范围为110 dB@1 Hz,线性相关系数为99.99%。     

基于3×3相位解调的光纤地震检波器研究

针对基于3×3相位解调的光纤地震检波器展开研究.利用基于最小二乘法的椭圆拟合法和微分交叉相乘算法,实现基于3×3相位解调的光纤地震检波器的两路输出信号的归一化,减小光纤3×3耦合器的非对称性和激光器的功率波动对光纤地震检波器的影响,解调出光纤地震检波器的相位,实现振动信号的准确还原.实验采用对比法测试了基于3×3相位解调的光纤地震检波器的性能,其灵敏度为320 rad/g@100 Hz,在5～400 Hz频率范围内的波动约为0.7 dB.该研究能够很好地应用于石油、天然气等地质勘探、地震监测以及周界安防等领域.     

FP干涉仪式光纤传声器数学模型

根据FP干涉仪式光纤传感器原理结构,通过分析敏感机理,采用声力电类比方法,得到FP干涉式光纤传声器等效线路图,并进一步综合光学、声学、电学、力学原理,得到了FP干涉式光纤传声器数学模型,并利用模型讨论了给定几何尺寸、材料参数下光纤传声器的灵敏度。通过模型预测光纤传声器的灵敏度可达280mV／Pa,制作的样机的灵敏度为240mV／Pa,模型预测的灵敏度与样机的灵敏度基本一致。该模型可以用来指导FP干涉式光纤传声器的研发,对其他类型的光纤传声器也有很好的借鉴作用。     

压电陶瓷在光纤光栅传感解调中的应用

光纤光栅(FBG)传感以其强大的优越性受到了社会的广泛关注,波长编码信号解调是实现光纤光栅多参量、多点分布式传感网络的关键技术.针对几种典型的光纤光栅解调方法做了简单介绍,重点分析了压电陶瓷在干涉解调系统中的调相测量作用.通过改变干涉系统的臂长差来产生一个动态的干涉信号,使干涉信号在时域上获得延伸,将包含被测传感信息的波长信号转变成相位信号;并用非平衡Mach-Zehnder干涉解调系统检测了应变信号,取得了较好的实验效果.实验测得系统的相位检测灵敏度为0.82 (° )/με,可用于静态应变和动态应变的检测.     

光纤法珀传感器解调系统的设计

光纤法珀传感器具有测量精度高、动态范围大、可单端检测等优点。针对白光干涉型法珀传感器,设计了一种基于体光栅的光纤传感器解调系统。该系统采用高性能体光栅和线阵CCD阵列实现了光谱的采集,并结合高性能数据采集卡和PC机进行信号的处理和输出。测试结果表明该解调系统的温度测量精度在±1℃以上。     

干涉型光纤传感器PGC解调算法的研究

相位生成载波解调（PGC）技术是一种广泛应用于干涉型光纤传感器的零差解调法。简要概述了PGC的定义以及调制原理,分析了几种解调算法,研究发现干涉信号幅度、调制深度会对解调结果产生影响。通过消除干涉信号幅度和调制深度的影响,可以减小解调信号的失真;并且,采用低阶次的混频载波可以减小采样频率。文中的结论对于干涉型光纤传感器的解调技术具有重要的理论参考价值。     

光纤法珀传感器解调系统的设计

光纤法珀传感器具有测量精度高、动态范围大、可单端检测等优点。针对白光干涉型法珀传感器，设计了一种基于体光栅的光纤传感器解调系统。该系统采用高性能体光栅和线阵CCD阵列实现了光谱的采集，并结合高性能数据采集卡和PC机进行信号的处理和输出。测试结果表明该解调系统的温度测量精度在±1℃以上。     

基于频率调制连续波的干涉型光纤声传感器信号检测技术

针对光纤干涉仪存在的相位衰落问题,讨论了基于正弦波形的频率调制连续波(FMCW)和锯齿波FMCW两种干涉型光纤声传感器的信号检测原理,并给出了数字化信号解调方案。采用7.5 m臂差的光纤声传感器和具备调频功能的半导体激光器,对10 kHz正弦波FMCW和锯齿波FMCW两种调频方式进行了信号解调实验对比。解调结果表明,两种调制解调方案均能稳定检测出加在声传感器上的模拟声信号,消除了光纤干涉仪的相位衰落。但在实际工程应用中,与正弦波FMCW检测方案相比,锯齿波FMCW方案无需检测混频信号的初始相位,检测灵敏度高且稳定,算法实现更为简单,而且使用不同臂差的光纤传感器可实现传感器的频分复用。     

光纤布喇叭光栅加速度计的实验演示

我们报导了测量加速度用的光纤布喇叭光栅换能器，用干涉测量波长位移检测得到的结果证实了５０ｇ均方根值的解调信号输出范围，可检测的最小信号约１ｍｇ／√Ｈｚ。     

基于光纤光栅的温度不敏感光学麦克风

研制了一种基于光纤光栅的温度不敏感型光学麦克风。该麦克风由振膜传感声波信号,由一对匹配光栅来实现波长调制解调的功能,同时匹配光栅还可作为温度补偿的装置。从理论上解释了匹配光栅温度补偿的原理。实验证明,这种光学麦克风不仅能够获得稳定的传声效果,而且表现出较宽的频率响应范围(400~2 100Hz)和平坦程度,并且静态输出光功率随外界温度变化仅为0.0233 dBm/℃,表现出对温度的不敏感性。     

基于Sagnac型的双光路平衡探测光纤声传感器

为解决传统声电传声器易腐蚀、易受电磁干扰等问题,提出了一种用光纤提取声音的声光换能器结构。该传感器以Sagnac干涉仪为原型,利用声压作用于感应光纤产生的光弹效应实现光波相位的调制,采用3 × 3耦合器构建双光路平衡探测系统,通过干涉实现语音信号的解调,将光电转换后得到的幅值相等的两路信号进行差分处理,消除共模干扰信号和降低光源噪声。实验测试表明,系统性能稳定,波形失真小,在300~3 400 Hz范围内实现声音信号的提取与还原。     

基于光纤光栅外腔半导体激光器增益饱和效应的全光波长转换实验研究

对基于光纤光栅外腔半导体激光器增益饱和效应的全光波长转换器的静态与动态特性进行了实验研究。为消除反馈光与转换信号输出光对光源的不利影响及提高光输入、输出信号耦合效率 ,提出了采用环形器进行信号耦合的光学结构。实验结果表明 ,转换器件具有高于 30nm的波长转换间隔 ,并可实现波长上、下转换。进行了15 5Mbit/s伪随机码调制信号的动态波长转换实验。     

光纤光栅振动传感信号解调技术的研究

研究了一种基于掺Er超荧光光源(EDSFS)的滤波解调方法,分析了光源的输出功率谱形状。利用光谱中光功率密度与波长的线性关系,实现了光纤光栅传感信号的动态解调。建立振动测试系统,采用高精度差分变压器式位移传感器作为参考,对比讨论了两种传感器输出的时域波形和频谱。结果表明,在相同的条件下,二者的动态响应特性具有很好的一致性。由于系统的光源和解调部分合为一体,无机械调谐元件,很适合高速动态测量。     

FBG光纤传感器的同步探测技术

光纤光栅传感解调系统的波长校准技术是人们关注的焦点,通常是将固定波长的FBG固定在恒温箱中,以此作为光纤光栅传感解调系统的参考元件．此方法占用了宽带光源的某个波长范围,从而制约了解调系统的波长扫描范围．构建的光纤光栅传感解调系统,将FP滤波器的驱动锯齿信号转变为方波信号,以此作为同步处理所需参考信号,省去了这个固定波长的FBG传感器,充分地利用了宽带光源的波长范围,并使得解调技术简单,同时提高了外接FBG传感器的数量．     

基于33耦合器相位解调的光纤声音传感器设计

为了在某些应急情况下无源传输声音信号,采用基于光纤迈克尔逊干涉仪原理光纤声音传感的方法结合了收音弹性盘片和光纤粘接的工艺设计,使用33耦合器相位解调方法对传感信号进行相位解调,实现了一种新型光纤声音传感器系统。给出了干涉仪3路输出信号相位差的表达式,利用最小二乘法拟合求出干涉仪3路输出信号的平均相位差,取得了仿真与实际测试数据。经过测试,该系统可以准确有效地还原出设计带宽内的声音信号。结果表明,该光纤声音传感器系统适用于电磁恶劣等应急环境中,验证了该设计方案的可行性。     

FBG波长高精度解调的研究进展

在恶劣的环境下能准确地检测出光纤布喇格光栅(FBG)波长对工程监测非常重要。综述了在不同的解调系统中提高波长解调精度的方法和波长信号处理方法,主要介绍了基于可调谐激光器、可调谐滤波器和光谱仪的解调系统提高波长校准精确度的研究进展,分析了信号解调过程中的算法对FBG传感解调性能的影响。     

基于FP滤波法噪声影响研究

研究了噪声对光纤光栅解调精度的影响,通过理论分析和实验验证的方法论证了噪声与解调精度之间的关系.对光源施加不同功率大小的噪声,并根据光纤光栅的反射谱来研究光源噪声对峰值检测的影响.采用确定的波长标定方法后,解调系统的精度则主要由系统噪声决定.实验表明,峰值与噪声间的关系与检测精度有关,光栅解调时,精度要求越高,一个FP扫描周期内采集的点越多,要求区别相邻两点光信号功率变化的能力越强,即噪声应越低.     

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℃。     

基于线型腔拉曼光纤激光器的长距离光纤布拉格光栅传感

提出了一种基于线型腔拉曼光纤激光器的长距离分布式光纤布拉格光栅(FBG)传感解调系统,并进行了理论分析和实验验证。传感光纤布拉格光栅构成拉曼光纤激光器腔镜的一端,受一维调节器调节控制的匹配光纤布拉格光栅构成腔镜的另一端。一维调节器与步进电机相连,步进电机由计算机(PC)通过可编程逻辑控制器(PLC)进行控制,一维调节器通过调节匹配光纤布拉格光栅的周期来控制激光器的输出。实验结果表明,传感解调系统能很好地实现长距离分布式传感及传感信号的检测。30 km非归零色散位移光纤(NZDSF)用于拉曼增益可以产生信噪比大于40 dB的稳定拉曼激光输出,在4.2 nm范围内系统解调精度为0.05 nm。