基于可调谐激光器的光纤法珀振动传感器解调技术

针对非本征型光纤法珀干涉仪动态解调,研究了一种基于可调谐激光器的双波长正交相位解调方案。可调谐激光器具有波长切换速度快、调谐范围广的特点,克服了传统双波长正交相位解调中光功率不平衡和直流分量难以计算的问题。利用可调谐激光器宽范围的线性扫描(1530-1560 nm)得到EFPI传感器的干涉谱,通过干涉谱计算出EFPI传感器的初始腔长122.581μm和直流分量3.4 V,同时确定两正交波长,然后利用反正切原理对EFPI传感器的腔长进行解调。搭建双波长正交相位解调系统,在2.25 kHz的频率以及不同的加速度下,对EFPI振动传感器进行解调。结果表明,该系统可实现不同腔长变化量的解调。     

光纤法布里—珀罗传感技术及其工程应用

基于法布里—珀罗（F-P）干涉式原理的光纤应变传感器是近年来发展十分迅速的光纤传感器之一。综合目前已有的研发成果,介绍了光纤法布里—珀罗干涉仪（FFPI）的工作原理,包括本征型光纤法布里—珀罗干涉仪（IFPI）和非本征型法布里—珀罗干涉仪（EFPI）及其它基于FFPI原理的应变传感器,FFPI干涉腔腔长解调算法,应变式FFPI传感器类型,FFPI传感技术在结构应变监测中的应用,以及其相关问题与发展方向。     

基于Savitzky-Golay算法的曲线平滑去噪

Savitzky-Golay算法被广泛地运用于数据流平滑除噪,是一种在时域内基于局域多项式最小二乘法拟合的滤波方法。仿真结果表明,与传统算法相比,Savitzky-Golay算法具有更稳定、误差更小的平滑去噪效果。     

激光加工硅片的膜片式法—珀干涉型光纤压力传感器

分析了多个反射面对单法—珀腔传感器光谱法解调的影响。为降低不参与形成法—珀腔的反射面的反射率以消除这一影响,利用Nd∶YAG激光加工系统在两面抛光硅片中的一面进行了表面纹理化处理。将经激光切割下的已表面纹理化的圆形硅片粘贴在中空玻璃毛细管一端,最后插入单模光纤并封装成非本征(EFPI)光纤法—珀干涉型压力传感器。进行了静态气压测试实验,结果表明:在40～240kPa气压范围内,传感器压力灵敏度为11.9 nm/kPa,线性度为1.51%。     

MEMS光纤法珀压力传感器的设计及解调方法实现

基于外界压力引起敏感膜片形变导致腔长变化来实现压力信号传感的原理,提出了一种MEMS光纤法珀压力传感器的设计,建立了传感器敏感膜片的挠度变化与膜厚、半径及施加压力的关系理论模型,并在此基础上进行了膜片的MATLAB二维数值仿真和Comsol Multiphysics三维数值仿真,并完成了FP压力敏感头的制作,进而设计了能够应用于光纤传感的解调方法,搭建了光纤传感的压力测试系统并进行了相关实验,利用所设计的解调方法对实验数据进行处理,进而对压力传感器的性能及特性进行了测试和验证。实验结果表明,传感器测试曲线线性度良好,与数值仿真结果基本一致,在100 kPa的量程范围内其灵敏度可达62.3 nm/kPa,温度敏感系数为0.023μm/℃,测量精度3.93%,且最小压强分辨率为1.29 kPa,证实了该MEMS光纤法珀压力传感系统具有一定的可行性。     

用于高温油井测量的光纤温度和压力传感器系统

针对高温油井测量环境对基于光纤非本征法-珀干涉仪(EFPI)的温度和压力传感器性能的要求,采用了微型光谱仪测量干涉光谱和相关计算的波长解调方法,使EFPI腔长绝对分辨率达到0.25 nm,相应传感器的温度和压力相对测量分辨率达到0.02%;利用双LED光源交替工作,实现温度和压力同时测量;对EFPI传感器结构进行了优化设计,降低了传感器的温度-压力交叉敏感性,在0～20 MPa的压力变化范围内,对温度测量的影响小于0.2%,在20～300℃温度变化范围内,对压力测量的影响小于1%,满足高温采油井井下测量的要求.     

清洗机器人倾角传感器信号处理研究

针对目前清洗机器人倾角传感器测量精度低、控制算法复杂等缺陷,提出了一种新的倾角传感器信号处理方法,通过Savitzky-Golay平滑滤波技术对传感器采集数据进行滤波预处理,建立了以温度、滤波后准确的传感器数字信号为输入变量的BP神经网络模型,将倾角传感器的测量精度提高到0.91％,实现了对机器人倾角传感器信号的高精度处理.研究结果表明,该方法能有效提高倾角传感器的测量精度,可为清洗机器人准确完成清洗作业提供技术借鉴.     

光纤法珀腔声传感器理论与仿真分析研究

根据干涉原理,对基于低精细度法珀腔的光纤声传感器的敏感机理进行了理论分析,明确了采用单色光源工作时需要满足正交相位点和小信号的条件。采用ANSYS软件,对敏感声波的振膜进行了预应力振动模态和预应力谐响应有限元分析,仿真了在声波作用下振膜的振动特性,以及其频率响应特性。进一步分析了光纤法珀腔声传感器的灵敏度与材料、结构、光学、电学参量的关系,以及它的动态范围。     

多传感器最优信息融合白噪声反卷积滤波器

应用现代时间序列分析方法和白噪声估计理论,基于线性最小方差意义下按标量加权最优信息融合准则,对于带白色和有色观测噪声的多传感器单通道系统,提出了分布式融合白噪声反卷积滤波器.它由局部白噪声反卷积滤波器加权构成.可统一处理融合滤波、平滑和预报问题.给出了计算局部滤波误差互协方差公式,可用于计算最优加权.同单传感器情形相比,可提高融合滤波器精度.它可应用于石油地震勘探信号处理.一个3传感器信息融合Bernou lli-Gaussian白噪声反卷积滤波器的仿真例子说明了其有效性.     

基于波长解调的Fabry-Perot型光纤MEMS压力传感器的设计

提出了一种新的压力传感器的设计,该传感器基于Fabry-Perot腔干涉和波长解调理论测量压力.设计用MEMS技术以及普通的光通讯接插件制作出工艺简单,分辨率高的光纤MEMS压力传感器.阐述了传感器的工作原理,分析了硅膜的厚度对传感器性能的影响以及FP腔的长度对反射光信号的影响.系统采用可调谐激光器进行信号访问,利用反射谱的相位变化完成信号解调.理论分析和模拟计算验证了传感器加工制作方案的可行性.