基于光纤激光器的有源腔气体吸收测量网络

有源内腔法气体吸收测量技术具有极高的灵敏度,通过对基于掺铒光纤激光器的有源气体测量系统的分析和静态测量结果表明,在激光器阈值附近系统的灵敏度最大。为了有效地抑制噪声,提高测量精度,在环行腔光纤激光器的基础上又提出了采用波长调制/二次谐波检测的测量方法,并采用1×N的波分复用(WDM)器件构建了有源传感网络。实验中采用了一个1×4的波分复用器,其通道对应于乙炔气体的吸收波长,系统的解调通过扫描可调谐光滤波器的波长来实现。通过对8.31mol/m3的乙炔气体的实验表明系统最小可探测气体浓度为0.044mol/m3。     

基于光子晶体光纤的气体传感系统设计与实现

从吸收光谱的测量原理出发,利用光子晶体光纤的空气孔增加光与物质的作用率,提高气体吸收灵敏度.提出一种基于光子晶体光纤的气体传感系统实验方案.实验中通过测量接收端的光功率,根据光功率与气体浓度的关系式推算出气体的相对浓度,实现气体检测.实验结果说明该实验方案提高了气体检测的灵敏度,可作为气体检测的一种有效方法.     

基于谐波检测原理的双气室气体传感器研究

基于气体的近红外吸收机理,研究了一种双气室光纤气体传感系统。通过光纤光栅和压电陶瓷对宽带光源LED进行波长调制,获得与气体吸收峰对应的窄带反射出射光。利用谐波检测原理,检测测量气室和参考气室的二次谐波信号,以它们的比值作为系统输出,消除了吸收系数随环境的变化、光源光功率的波动和光路干扰对测量精度的影响。利用波分复用技术实现了多种气体的高精度测量,甲烷气体测量的实验结果表明该系统的测量灵敏度可以达到1×10-5。     

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。     

基于光谱吸收和荧光检测技术的新型光纤气体传感系统(英文)

设计了一个完整的光纤气体测量系统,提高了检测SO2浓度精确度和读取时间。光路检测系统和分配系统相结合,用于实现在气体传感系统中光谱吸收检测技术和荧光检测技术的有效集成,从而可以扩大本仪器的应用领域和测量范围。光源调制锁定检测技术和双光路差检测技术也被结合在该系统中。在测量吸收光信号和荧光信号中,使用高精度空心光子带隙光纤传感探头,实现了较高的精度和灵敏度。实验数据和测量的结果表明,该系统具有较高的分辨率,大约为2 ppm,并且误差小于0.109。     

基于平均滤波算法的光纤气体传感系统研究

数字平均滤波是信号处理中一种常用的方法。在小信号检测中,使用数字平均滤波可以获得较高的信噪比,提高检测的灵敏度。本文提出了一种利用光学器件来实现数字平均滤波的新方法,应用于基于差分吸收检测原理的窄带扫描光源光纤气体传感系统。系统的输出是一段连续的光谱,包含有被测乙炔气体的多个特征吸收峰。系统使用法珀标准具ETALON和参考光栅提供波长参考,完成对输出信号的光谱重建。对相同波长范围的信号进行平均滤波,使气体的相同特征吸收峰重合,提高检测的灵敏度。利用光谱重建,克服了可调谐Fabry-Perot滤波器驱动电压和透射波长不稳定因素的影响。实验结果表明,本系统可以方便有效地实现光谱意义上的数字平均滤波,检测到较低浓度的乙炔气体,比较适用于工业化气体检测系统。     

基于宽带光源与相关光谱技术的CH4传感器研究

针对传统光学传感技术气体选择性不高与激光光源在气体检测中需严格控温的缺点,采用红外宽带光源进行CH4气体的检测,并结合实验所用气室与光电探测器件参数,利用HITRAN数据库对CH4吸收进行仿真计算,得出了系统理论探测下限与光强信号之间的变化规律。在不同CH4浓度梯度的实际测量中,采用快速傅里叶变换(FFT)与Savitzky-Golay数字滤波相结合的方法对系统噪声进行处理,将外部因素引起的噪声干扰降低了1个数量级,在不同CH4浓度梯度的实际测量中,利用CH4浓度和光强调制系数的对应关系对系统进行了标定,并通过数据拟合得到CH4浓度的反演曲线,相关系数达到0.998 83,测量灵敏度低至20×10-6,系统检测下限约为50×10-6;与传统化学传感器相比,系统测量误差小于1.5~7.0%,实现了CH4浓度的精确检测。     

基于激光散斑的应力传感系统

激光散斑传感技术具有结构简单、灵敏度高等特点,可以实现对应力、振动、距离、速度、流速等物理量的传感测量,已成为光学传感领域中的研究热点之一。设计了一套基于激光散斑的应力传感系统。该系统使用波长为405 nm激光作为光源,利用音圈电机振动多模光纤,同时采用CCD图像传感采集系统对抛光玻璃表面进行显微成像,通过MATLAB软件对采集到的散斑图像进行分析处理,计算散斑对比度,拟合散斑对比度随时间变化的曲线。结果表明:散斑图像对比度的变化反应了多模光纤应力的变化,通过多模光纤应力变化可以判断是否有入侵者,实现了防盗功能。     

飞秒写光纤光栅激光器有源高温传感技术

针对光纤光栅型光纤激光器有源温度传感技术只能进行较低温度以及较小范围温度测量的问题,提出一种飞秒写光纤光栅型光纤激光器高温传感测量系统.将飞秒写光纤光栅嵌入到光纤环形腔结构中,同时作为温度敏感元件和激光波长反馈器件,设计搭建了飞秒写光纤光栅型激光器光路.此光路系统输出光信号带宽为3.45 GHz峰值强度为31.94 dBm,2h内连续光谱检测最大波长漂移为3.25 pm,可视为无跳模现象,实现了高达60 dB的高信噪比、窄线宽、高功率信号输出,同时输出光信号可线性表征光纤光栅温度感应.实验结果表明此传感系统实现了50℃到1000℃大范围温度的线性传感检测,线性度可达0.9975,波长·温度灵敏度为13.8 pm/℃.     

塑料闪烁光纤用于放射性剂量探测的实验研究

设计并搭建了一套基于塑料闪烁光纤的放射性传感实验系统, 利用该装置进 行了放射性剂量测量实验,验证塑料闪烁光纤用于放射性探测领域的可行性和表现 。通过分析采 用脉冲计数和脉冲计数强度加权两种方法对在不同放射环境下测量获得的等效剂量曲线, 分辨出不同 放射环境下放射性剂量的差异,且等效剂量曲线呈现出良好的线性,拟合确定系数R²值＞99%。实验结果表明,基于 塑料闪烁光纤的放射性探测系统,在剂量传感方面具有一定有效的灵敏度和持续测量的稳定 性。     

激光光声光谱法检测磷化氢气体浓度的研究

论述了光声光谱信号的产生。提出用光纤相位传感器代替传统的微音器检测光声信号。用CO_2激光器作光源对磷化氢(PH_3)气体浓度进行测量。实验表明,最低检测灵敏度可达1.2×10~(-10)。信号处理电路具有较强的抑制噪声干扰能力。该传感器及其系统在灵敏度、精度、响应时间等性能指标上达到了检测气体含量要求。     

光纤矢量水听器系统本底噪声的自适应抵消

本底噪声是制约干涉型光纤矢量水听器系统在低频远距离目标探测领域中应用的重要因素之一。为降低系统的本底噪声,提出了一种基于自适应噪声抵消的降噪方法。在光学系统中增加一个与传感迈克耳孙干涉仪结构参数相等的对声压不敏感的参考干涉仪作为参考通道,以获得由光源与电路等共同噪声源引入到各干涉仪的高相关噪声。然后,使用归一化均方根误差的自适应算法分别对声压及加速度信号中与参考信号高相关的噪声部分进行抵消。湖试数据的分析结果表明,该方案能够有效降低系统本底噪声,其中对电磁干扰带来的50 Hz倍频信号的抑制能力高达15~25 dB,对500 Hz以上的平坦噪声谱的抑制为3 dB左右。     

基于光声光谱法的光纤气体传感器研究

论述了光声光谱信号的产生。提出用光纤相位传感器代替传统的微音器检测光声信号 ,讨论了光纤中光波的相位变化与光声信号的关系。设计了光学长程结构 ,有效增加了对光功率的吸收。用染料激光器作光源对SO2气体浓度进行测量。实验表明 ,最低检测灵敏度可达 1 2× 10 -10 。由于采用光谱技术与光纤技术相结合 ,使研制的传感器具有较高的灵敏度 ,信号的传输通道具有强的抗电磁干扰及防燃防爆能力。气体探头体积小 ,响应速度较快。信号处理电路具有较强的抑制噪声干扰能力。该传感器及其系统在灵敏度、精度、响应时间等性能指标上达到了检测气体含量要求     

干涉型光纤传感器中的双重降噪方法

基于马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪结构,构造了全保偏光纤传感系统,以单频窄线宽保偏光纤激光器作为光源,采用了光源光电负反馈和双光路平衡检测双重降噪方法,降低了光源的附加强度噪声,使系统信噪比(SNR)提高了约15 dB,达到60 dB。     

光纤激光传感技术及其应用

超高灵敏度的信号探测在石油勘探、地震预报和安全监测等领域都具有重要的应用价值.近年来出现了一种以分布反馈(DFB)光纤激光器为传感元件的新一代光纤传感器,它具有尺寸小、输出激光信号极窄的光谱线宽和极低的噪声等优势,与高分辨率波长解调技术结合可以达到极高的探测灵敏度.介绍了在光纤激光传感技术及其应用技术方面的研究进展,包括线宽仅为3 kHz、尺寸仅为3.6 cm的窄线宽低噪声DFB光纤激光器的研制及其测试,波长分辨率达3.5×10~(-7) pm/Hz~(1/2)的超高分辨率波长解调系统,基于密集波分复用的光纤激光传感网络,以及相关技术在水声和地震波探测中的应用研究.     

Novel Optical Fiber Gas Sensor for On-line Measurement of Methane

Based on analysis of near infrared spectral absorption of methane,absorption type optical fiber methane gas sensor with high sensitivity using DFB LD as a source is demonstrated. Light source modulation harmonic measurement is presented in this paper. In order to eliminate the noise, the ratio of the fundamental and second-harmonic signals is used. The mathematical model of gas concentration harmonic measurement is built up.The detection result of methane concentration is also shown. Experiments have proved a sensitivity of 28×10~(-6).     

毛细石英管构成的高灵敏度光纤气压传感器

为实现高精度的气压测量,提出一种利用飞秒激 光微加工技术与光纤熔接技术制作的法布里- 珀罗(FP)干涉仪(FPI)型光纤气压传感器。利用波长800nm的飞秒 激光脉冲在毛细石英管侧壁上加工一微孔, 利用光纤熔接技术把毛细石英管熔接在一段单模光纤(SMF)和一段多模光纤(MMF)之间,制备 出一种光纤气压传 感器。通过改变传感器的FP腔内气压大小,导致FP腔内气体折射率改变,从而引起传感器 的透射 谱线性漂移,通过计算气压变化量与透射谱的谐振峰波长漂移量之间的关系就能够实现传感 器的气 压测量。理论分析了传感器实现气压测量的机理,实验测量了传感器的灵敏度。实验结 果表明, 传感器对周围气压变化的响应较大,透射谱的谐振峰波长随气压线性变化的灵敏度达到4.22nm/Mpa,而传感器对环境温度变化的响应很小,减少了温度对气压 测量的交叉感染。     

光子晶体光纤CO2气体传感器的研究

为了能高灵敏度地检测CO₂气体的体积分数,基于红外光谱吸收原理,设计了一种以9m长的空芯光子晶体光纤作为传感单元的CO₂气体传感器。利用该传感器测量了不同体积分数的CO₂在同一吸收波长下的吸收光谱图。结果表明,气体的吸收光强和气体的体积分数之间呈线性变化,与比尔-朗伯定律一致;传感器的灵敏度可达4.389×10-5W。可通过加长光子晶体光纤的长度,来增加气体吸收的有效距离,使传感系统获得较高灵敏度。     

小波分析在恶劣环境光纤传感中的应用(英文)

光纤光栅是通过外界物理参量对光纤布拉格波长的调制来获取传感信息的,是一种波长调制型光纤传感器。现代光纤传感系统的应用领域要求光纤传感器能适用于各种极端恶劣复杂环境,并在恶劣环境中实现高精度高灵敏度的检测。现有很多方法可用于光纤光栅的波长检测,但这些方法的精度都受限于不同的光噪声。如果光纤光栅检测系统的光源采用激光光源,信号功率可大大增强,但多余反射会产生有害干扰信号,限制光栅的波长解调精度。论文采用理论仿真和实验验证的方式将小波分析用于恶劣环境中的光纤传感信号的去噪。仿真和实验结果表明,小波分析处理方法可有效降低系统检测误差,提高测量精度和系统信噪比,满足恶劣环境中光纤传感检测的性能要求。     

基于FPGA的倏逝波型光纤气体检测研究

文章就光纤气体传感器的背景和发展进行了介绍,并且对倏逝波型的光纤气体检测原理进行了分析与研究.设计了一款基于FPGA的倏逝波型的光纤气体检测系统.通过模拟与实验,提高了检测灵敏度和响应时间,可进行多种气体检测.