分布式光纤光栅传感网络的复用解调技术

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核心技术之一。本文总结了光纤光栅传感信号解调的一般原理和技术难点，分类评述了常用解调方法的工作机理、特点和性能。同时，提出了一种新型的、用宽带光源和可调谐光滤波器(TOF)构成的可调谐窄带光源，对测量光栅阵列和参考光栅进行波长扫描，借助光电探测器和信号处理系统实现复用传感系统的解调技术。     

分布式光纤光栅传感网络的复用解调技术

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核心技术之一。本文总结了光纤光栅传感信号解调的一般原理和技术难点,分类评述了常用解调方法的工作机理、特点和性能。同时,提出了一种新型的、用宽带光源和可调谐光滤波器(TOF)构成的可调谐窄带光源,对测量光栅阵列和参考光栅进行波长扫描,借助光电探测器和信号处理系统实现复用传感系统的解调技术。     

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.     

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.     

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.     

基于Labview的光纤光栅波长解调系统

提出了一种基于Labview的数字化光纤光栅信号解调系统,实现了光纤光栅应变传感波长解调.采用Labview编写程序实现信号的实时采集、处理、显示,解决了普通光纤光栅解调设备成本高,体积大等难题;进行了基于上述系统的光纤光栅应变传感实验研究.实验结果表明,反射谱线中心波长漂移量与轴向应力具有很好的线性关系,当应力达到60με时,光纤Bragg光栅(FBG)对应的波长漂移量约为1.90 nm.     

基于调谐滤波的光纤光栅解调技术研究

用宽带光源和自主研制的波长选择器IPD构成可调谐窄带光源, 对测量光纤光栅阵列和参考光纤光栅进行波长扫描, 借助光电探测器和DSP信号处理系统实现复用传感系统的解调.采用梳状滤波器进行波长校准,大大提高其检测精度.实验表明:该解调方案是可行的, 且可获得较高的信噪比和测量精度, 每个通道具有对15个以上FBG进行寻址解调的潜在能力.     

光纤光栅传感器信号解调方法的研究

分别介绍了几种典型解调方法的工作原理、性能和特点,给出了其工作原理图,并对各种解调方法的优缺点进行了论述.提出了一种基于CCD的光纤光栅传感解调系统,该系统采用反射式成像系统,用CCD作为探测器,并利用可编程逻辑器件FPGA设计驱动电路和信号处理电路,实现了一种体积小、结构简单、解调速度快、可以实时测量的波长解调系统,为光纤光栅解调技术的实际应用和光纤光栅传感解调系统的设计提供了理论依据.     

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。     

光源谱型对保偏光纤应力传感信号的影响

保偏光纤对入射的线偏振光具有偏振保持能力,用白光干涉系统可实现准分布式应力、温度和位置传感。超辐射发光二极管(SLD)当驱动电流较小时,光谱服从高斯分布;随着驱动电流增加,中心波长向短波方向漂移,光谱畸变,可用两个高斯函数相加拟合。本文详细分析了SLD光源在不同驱动电流下的谱型分布及拟合曲线,并在保偏光纤应力传感系统中进行了实验,实验结果表明随着光源输出功率增加,在耦合点两侧对称分布着伪耦合点。当光源功率为15 mW时,伪耦合点的耦合强度比力致耦合点的耦合强度约小15 dB。     

近红外谱域显微干涉仪的位移传感特性研究

为研究近红外谱域显微干涉仪在近红外波段的位移传感特性,分析了条纹载频对位移量提取的影响,建立了测量光谱中心波长与干涉仪位移传感范围之间关系公式,讨论了光源可见光分量对近红外光栅光谱仪所记录条纹的串扰现象并提出抑制方法。构建近红外迈克尔逊型谱域显微干涉实验系统,单次测量位移量传感精度优于0.02 m。测量标准台阶板的台阶高度（其标称值为7.732 m）,测量偏差为0.044 m。采用近红外谱域显微干涉装置,无需轴向扫描即可实现位移量测量,将光谱仪记录的谱域干涉信号转换为随波数线性变化信号处理能有效提高位移传感精度,增大中心波长能够有效提高位移传感范围,在系统中加入短波截止滤光片则能有效抑制可见光分量对近红外光谱域条纹造成的串扰。     

Influence of laser wavelength instability, polarization fading and phase fluctuation on local heterodyne detection wavelength scanning BOTDR

In this paper, the influence of laser wavelength instability, polarization fading and phase fluctuation on local heterodyne detection wavelength scanning Brillouin optical time domain reflectometer (WS-BOTDR) is theoretically analyzed, and a local heterodyne detection WS-BOTDR system is built for experimental verification. The experimental results show that with the increase of sensing distance, the adverse effect of laser wavelength instability, polarization fading and phase fluctuation on local heterodyne detection WS-BOTDR is gradually aggravated, which will lead to the broadening and distortion of the wavelength power spectrum (WPS), resulting in large errors in demodulated Brillouin central wavelength (BCW) and temperature. The average temperature measurement errors at the positions of 1 km, 5 km, 9 km non-heating section and 9.45 km heating section are 1.76 °C, 3.42 °C, 3.89° C and 4.3 °C, respectively.     

一种高性能光纤ASE光源的优化与研究

根据光纤Bragg光栅（FBG）传感系统光源应用需求,研制了一种双级双程结构的掺Er光纤（EDF）ASE（amplifiedspontaneous emission）光源,并对光源结构、输出方式、EDF长度以及泵浦功率进行了优化研究。结果表明,在最佳条件下实现了输出中心波长为1564．5nm、功率高达35．8mw和带宽...     

激光雷达用2 μm Tm:YAG激光器波长精细调控的理论研究

2 m激光应用于激光雷达探测等领域,对于波长的要求比较精确,研究了激光器结构参数对准三能级Tm:YAG激光器输出波长的精细调控技术。基于侧面泵浦激光器泵浦阈值的理论模型,通过对不同谱线的泵浦阈值进行数值模拟,研究结果表明:通过改变晶体温度、激光介质长度、输出耦合率等途径可实现激光器的输出波长在2.0~2.1 m的光谱区内的精细调控。     

A performance enhanced Rayleigh Brillouin optical time domain analysis sensing system

Aiming at the problem of large fading noise in Rayleigh Brillouin optical time domain analysis system, a wavelength scanning technique is proposed to enhance the performance of the temperature sensing system. The principle of the proposed technique to reduce the fading noise is introduced based on the analysis of Rayleigh Brillouin optical time domain analysis system. The experimental results show that the signal-to-noise ratio (SNR) at the end of optical fiber with length of 50 m after 17 times wavelength scanning is 5.21 dB higher than that with single wavelength, the Brillouin frequency shift (BFS) on the heated fiber with length of 70 m inserted at the center of sensing fiber can be accurately measured as 0.19 MHz, which is equivalent to a measurement accuracy of 0.19 °C. It indicates that the proposed technique can realize high-accuracy temperature measurement and has huge potential in the field of long-distance and high-accuracy sensing.     

基于双光纤布拉格光栅的流速传感器

设计了一种基于双光纤布拉格光栅的新型流速传感器,它包括双光纤光栅压强传感机构和文丘里管.导出了双光纤布拉格光栅的波长漂移差与流速的关系.压强传感机构中的密闭铝箔管横截面两边的压力差导致等腰三角形悬臂梁变形,从而导致安装在悬臂梁两边的光纤布拉格光栅的布拉格波长漂移.通过检测两个布拉格光栅的波长漂移差,得到被测流体的流速.双光纤布拉格光栅通过补偿温度效应,解决了光纤布拉格光栅传感器的交叉敏感问题.该流速传感器的动态测量范围为8～200mm/s.实验表明,双光纤布拉格光栅的中心波长随流速的增加分别向长波和短波方向漂移,而带宽几乎不变,实验和理论符合得较好,该设计方案是切实可行的.

Abstract：

By using the fiber grating pressure sensing setup and Venturi tube,a novel flow velocity sensor based on double fiber Bragg gratings (FBGs) is proposed.The relationship between the flow velocity and the wavelength shift difference is derived.The pressure difference of the two sides of the cross section of the aluminum foil tube in the pressure sensing setup results in the distortion of an isosceles triangle cantilever structure.And the distortion results in the Bragg wavelength shift of the FBGs mounted at either side of the cantilever.By monitoring the wavelength shift difference of the two FBGs,the flow velocity can be obtained.The cross sensitive problem can be solved by compensating the temperature effect.Experimental results are in good agreement with theoretical analysis.The central wavelength of two FBGs shifts to the shorter and longer wavelength respectively with the rise of the flow velocity,while the bandwidth is almost unchanged.The experimental results verify the feasibility of the proposed sensor with a measurement range of 8~200 mm/s.     

裸光纤Bragg光栅的温度传感特性研究

从理论上分析了光纤Bragg光栅的温度传感原理,并通过实验对裸光纤Bragg光栅的常温温度特性进行了测试。实验结果与理论分析基本一致,证明裸光纤Bragg光栅在常温下的中心波长与温度变化呈良好的线性关系,为其用作温度传感器提供了理论和实验依据。最后,指出了光纤Bragg光栅温度传感器在实际工程化应用中所需要解决的问题。     

基于FBG的测斜传感器设计与实现

变形监测是进行边坡灾害预警预报的重要依赖手段,为解决当前边坡深部变形监测中存在的不足,研发了一种基于光纤光栅传感技术的测斜仪器。光纤光栅测斜传感器包括刚性单元、柔性感测单元及连接销轴,柔性感测单元为布设有光纤布喇格光栅(FBG)的等强度梁结构,FBG采用在梁表面对称布置的方式以消除温度对测量的影响。边坡内部岩土体变形时,刚性单元随之在连接处发生相对偏转,由柔性感测单元中FBG波长偏移量,利用FBG中心波长与应变、角度的线性关系,得到刚性单元间的相对偏转角度,实现边坡深部变形监测。实验表明,研制的测斜传感器测量单元线性度好,倾角测量灵敏度和分辨率较高,温度造成的误差较小。     

基于F-P干涉波长的折射率测量

利用光纤法布里 珀罗 (F P)干涉仪透射光谱的中心波长与其干涉腔内介质折射率之间的线性关系 ,提出一种实现液体 /气体折射率精确测量的方法 ,消除了光源强度波动对测量结果的影响和量化误差。开发出一套实验系统 ,采用可调光滤波器对传感信号进行采集。利用一组不同浓度的酒精溶液对折射率与干涉波长之间的关系进行了拟合 ,拟合误差小于 0 0 0 0 0 5。对蒸馏水和丙酮折射率的实际测量实验误差小于 0 0 0 0 1。