用阵列波导光栅实现光纤传感器的复用

阵列波导光栅(AWG)是密集波分复用(DWDM)光网络中的关键器件,具有滤波特性好、性能稳定、串扰小的优点.介绍了AWG的结构和原理,在此基础上提出了用AWG实现光纤法布里珀罗(F P)传感器复用的方案.可调谐激光器和AWG的联合使用实现了时分复用和波分复用,系统的复用能力决定于可调谐光源的带宽、AWG的通道数和自由频谱范围.采用传统的强度法对传感器进行解调,解调结构简单,容易实现,传感器间无串扰.     

基于CMOS的FBG传感网络图像解调技术研究

寻求一种低成本高性能的光纤光栅传感系统的解调方案是实现光纤光栅传感器实用化的关键问题之一。为了有效解调FBG传感网络,本文提出并实现了一种基于COMS图像传感器的FBG图像解调方案,将FBG网络的波长解调转化为FBG光斑图像解调。实验结果表明,本文提出的FBG图像解调系统具有精度高、复用能力强等优点,能够较好地满足光纤光栅网络解调系统的解调要求,具有较好的应用前景。     

光纤光栅振动传感器的新型解调方案

在分析了 2种光纤光栅传感器解调技术的优缺点之后 ,结合两者之长提出了一种新型的光纤 Bragg光栅(FBG)振动传感解调方案。该解调方案的新颖之处在于提出了一种用反馈电路实现的对光纤 Bragg光栅反射波长移位进行自动跟踪的探测方法 ,该反馈电路用以驱动法布里 -珀罗腔 (F- P:Fabri- Perot)。利用当法布里 -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。     

用于FBG解调的光纤F-P可调滤波器温漂抑制

光纤法布里-珀罗可调滤波器(FFP-TF)是组成光纤布拉格光栅(FBG)传感器解调系统的核心器件之一,其稳定性对解调精度的提高至关重要,而温度漂移是影响其稳定性的关键因素之一。针对实际应用中遇到的FFP-TF温漂问题,分析了温漂产生的原因和滤波器在给定驱动电压下中心波长随温度的变化关系,提出了一种温度控制与参考光栅相结合的复合温漂抑制方法,实验分析了相应温控装置的性能并将其成功用于FBG压力传感器的信号解调系统中。结果表明,基于该温漂抑制方法的FFP-TF解调方案,可广泛应用于FBG传感器系统中。     

基于CCD成像解调技术的EFPI传感器

制作了一种非本征型光纤法布里珀罗(EFPI)应变传感器。应变测量结果表明,传感器应变灵敏度为40pm/με,具备良好的线性测量能力(线性度0.999 6)和较小的重复性误差(0.4%)。该传感器结构简单,制作方便,易于得到推广应用。同时,介绍了基于CCD成像的信号解调技术,其既可应用在光纤光栅(FBG)解调系统中,亦可用在光纤法布里珀罗(F-P)信号解调系统中。与F-P解调中常用到的传统光谱仪相比,其具有体积小、成本较低及分辨率高等优势。     

DFB激光器扫描的FBG波长解调算法

光纤布拉格光栅(FBG)传感器是通过观测光纤光栅反射谱中心波长漂移来判断待测量变化,准确寻找光纤光栅反射谱峰值信息成为研究重点。依据分布反馈式激光器(DFB)动态扫描输出波长与时间的规律,以标准法布理-珀罗透射谱为标准谱来直接获取光纤光栅中心波长信息,并采用高斯函数和洛仑兹函数两种拟合算法,对法布理-珀罗透射谱和FBG反射谱进行研究。采用曲线拟合度作为标准,运用编程语言编写寻峰算法并优化。实验结果表明,动态调谐的分布式反馈激光器光纤光栅波长解调系统高斯拟合算法优于洛伦兹拟合算法,拟合度可达到97%以上,系统测量分辨率达1 pm、测量范围为1 547～1 552 nm。     

利用波分复用器实现FBG动态传感解调

为解决因宽带光源光功率不稳定而造成解调误差较大,以及使用普通光纤Bragg光栅(FBG)解调仪器价格昂贵的问题,提出了一种利用粗波分复用器(CWDM)解调光栅信号的方案.根据FBG反射谱和CWDM边带的滤波特性,采用边带滤波的强度检测方法,设计的全光纤传感解调系统,用于对单点FBG波长移动的解调.运用MATLAB进行数值模拟,结果表明,系统动态范围宽,输出与输入呈线性关系,消除了因光源强度波动和光纤连接器不牢固引入的测量误差.     

深部矿山勘探钻孔温压监测系统研究

为了获取矿山勘探钻孔的温度和压力数据,提出一种将FBG传感器放入地勘钻孔中,并通过光纤光栅解调仪将光信号转换为数字信号,再通过STM32微控制器处理数据,最后通过LoRa无线传输技术将数据传回到上位机的监测系统.该系统将光纤光栅传感技术和LoRa无线传输技术结合起来,使系统具有测量精度高、抗干扰能力强、通讯距离远、功耗...     

新型封装的光纤光栅温度传感器的研究

提出了一种新型的光纤光栅(FBG,FiberBraggGrating)温度传感器封装技术.该传感器使用特殊的工艺将光纤光栅封装在涂覆有聚酰亚胺胶的凹槽基底材料上,基底材料也采用聚酰亚胺材料,该方法提高了传感器的灵敏度和可靠性.在40-120度的温度环境下,对这种新型光纤光栅温度传感器反射光谱反复进行了试验,并与陶瓷材料封装的光纤光栅温度传感器进行了比较,结果表明该新型传感器具有良好的响应特性.     

基于计算机并口光纤光栅解调系统的研究

介绍了计算机并口的工作模式及设置,该系统采用光纤光栅解调器与计算机并口的通讯方式实现数据采集,以Vb为开发平台,实现了对解调系统控制和光纤光栅信号的解调,经过标定使系统实现了对光纤光栅波长的测量,进而实现对温度、应变等参量的测量.系统性能达到:测量宽度10 pm,检测光栅1～5个,分辨率1pm,精度±10 pm,响应时间小于2 s.此系统的成功开发使光纤光栅传感器在工程技术领域具有一定的实用价值,现已经应用在武汉江汉二桥与长江二桥等的结构检测工程中,产生了很好的经济效益.     

大型刚构-连续梁桥预应力张拉过程主梁应变的FBG跟踪监测

目的为了验证光纤光栅传感器在大型桥梁工程监测尤其是施工监测中的精确性及可行性,探寻桥梁施工监测中的新型传感技术.方法基于东营黄河大桥全寿命监测的系统构架,将大量的光纤FBG传感器布设在该桥关键断面上,用以监测施工及运营阶段的结构应变及温度.在主梁纵向预应力张拉过程中,用光纤光栅解调仪及其配套数据采集设备,对控制点上的传感器的中心波长信号进行了跟踪采集,进而得到了测点的应变时程曲线.结果通过建立施工过程的有限元模型,将监测值与理论计算值进行对比,并对二者之间的相对误差进行分析.发现监测值与理论计算值基本吻合,二者之间的相对误差随着预应力钢束的增长而增大,但最大仅为11.4%.结论光纤FBG传感器监测精度较高,可用于大型桥梁施工过程的应变监测.     

FBG应变传感系统在巷道涌水模型试验中的研究

针对传统的电类应变传感器防水性能差、测量精度低和不能满足巷道涌水模型试验的需要等问题,基于模型相似材料研制了一种新型光纤光栅(FBG)应变传感器。采用波分复用(WDM)技术和Fabry-Perot(F-P)腔解调技术组成FBG应变传感网络,并编写了具有实时显示和自动预警功能的系统软件。将该系统用在巷道涌水模型试验中,在巷道周围布置了14个FBG应变传感器,对巷道推进过程以及模型加载和巷道扩挖过程中围岩应变进行实时监测。试验结果表明,设计的FBG应变监测系统测量精度高,防水性能强,并且提前4 206 s成功捕获了巷道涌水前兆信息,为预测煤矿矿等涌水事故提供了一种新的有效手段。     

基于FBG传感的CFRP层合板低速冲击响应监测

运用有限元分析软件ABAQUS对碳纤维复合材料(CFRP)层合板在低速冲击作用下的响应进行了模拟,发现了冲击过程中随着冲击能量的增大,层内最大应力随之增大的现象.实验利用光纤光栅(FBG)传感器受到应力作用后光栅中心波长随应力增大而增大的特性,对埋有FBG传感器的CFRP层合板进行低速冲击响应监测实验,并对解调仪采集的中心波长值进行分析,得到冲击能量与中心波长偏移峰值的关系.实验结果表明:埋有CFRP层合板中的FBG传感器能准确捕捉到瞬间冲击信号,并且FBG传感器中心波长偏移峰值能反映冲击能量的大小,随着冲击能量增大,中心波长偏移峰值增大,层内最大应力也随之增大.     

FBG传感技术在大坝安全监测中的应用研究

在阐述光纤布喇格光栅(FBG)传感器工作原理的基础上，研究了光纤光栅传感器在混凝土结构中的埋设技术。通过对混凝土结构施加载荷，探讨了光纤光栅传感器对混凝土结构内部应力应变变化的监测技术，并与振弦式应变传感器的监测结果进行了对比分析。结果表明：FBG传感器具有更高的精度和灵敏度，可实现绝对数值测量，抗干扰能力强，结构简单，长期稳定性好，能实现实时、在线监测。该技术在大坝安全监测方面具有广泛的应用前景。     

基于波长扫描极值解调法的FBG温度检测系统

光纤光栅波长偏移检测技术是光纤光栅传感系统的关键技术之一。探讨用LabVIEW编程实现基于波长扫描极值解调法的FBG波长检测系统,利用可调谐激光器具有编程控制的功能,系统在光源输出不同扫描步长的条件下测试了FBG的温度特性。比较两种峰值计算方法的优缺点。实验结果表明:解调系统具有很好的稳定性。     

固化于CFRP的光纤布拉格光栅应变传感特性研究

将碳纤维复合材料(CFRP)与光纤传感器相结合构成智能先进复合材料,对固化于CFRP的光纤布拉格光栅应变传感特性进行了实验研究.实验结果表明:光纤布拉格光栅B ragg波长对应变表现出很好的线性和重复性;布拉格光栅与基体材料粘结情况的好坏,对应变灵敏性与可靠性有直接影响;用电阻应变仪对布拉格光栅光纤传感器应变传感特性进行实验对比标定,得出了表征FBG性能的应变传感灵敏系数.结果表明测试数据稳定可靠,FBG光纤传感器具有优异的应变传感特性,为智能先进复合材料的研发与应用提供了重要依据.     

基于DWDM与MATLAB的光纤光栅压力传感解调系统的研究

为了简化光纤光栅压力传感器的解调系统结构、减少数据运算量提出了一种基于DWDM与MATLAB技术的光纤光栅压力传感解调系统。将DWDM作为动态解调元件,用MATLAB软件进行数据处理,将二者结合,可以有效减少数据运算量,降低系统成本,对光纤光栅压力传感器的使用有着极为重要的促进意义,实验表明,在0 MPa~6 MPa压力范围内,其波长分辨率约为0.28 pm。     

基于计算机并口光纤光栅解调系统的研究

介绍了计算机并口的工作模式及设置。该系统采用光纤光栅解调器与计算机并口的通讯方式实现数据采集，以Vb为开发平台，实现了对解调系统控制和光纤光栅信号的解调，经过标定使系统实现了对光纤光栅波长的测量，进而实现对温度、应变等参量的测量．系统性能达到：测量宽度10pm，检测光栅1～5个，分辨率1pm，精度土10pm，响应时间小于2s．此系统的成功开发使光纤光栅传感器在工程技术领域具有一定的实用价值，现已经应用在武汉江汉二桥与长江二桥等的结构检测工程中，产生了很好的经济效益．     

可调谐掺铒光纤激光器在光纤传感中的应用

在光纤传感领域中,光纤光栅传感器若采用一般的宽带光源,从传感光栅反射的光会很弱,从而限制系统信噪比和分辨率.论文设计可调谐环形腔掺铒激光器,对激光输出功率和信噪比等参数进行分析,并将其应用于光纤传感解调,可提高光纤传感解调系统的信噪比及复用能力,优化传感系统性能.     

基于超磁致伸缩材料和光纤光栅的交流电流测量

利用光纤光栅、超磁致伸缩材料和基于Fabry-Perot滤波器的解调系统实现了交流电流的测量.在介绍超磁致伸缩材料的磁致伸缩效应、光纤光栅检测电流原理的基础上,借助超磁致伸缩材料和光纤光栅等构建了电流测量单元.在施加0-5 A(50 Hz)范围的激励电流时,利用设计的电流测量单元,经基于Fabry-Perot滤波器的解调系统解调,验证了采用该方案检测电流的可行性.