基于FBG传感系统的可调光滤波器非线性研究

采用光纤布拉格光栅(FBG)传感系统研究压电陶瓷(PZT)驱动法布里-珀罗(F-P)型可调谐光滤波器(TOF)的非线性特性。基于多光束干涉理论建立了TOF的非线性模型,推导了透射带波长和自由光谱范围(FSR)对驱动电压的非线性响应;基于FBG传感系统测试了F-P型TOF的波长非线性,并采用多项式拟合对其进行描述,实测F-P型TOF波长的非线性误差最大为1.006 nm;基于F-P型TOF的非线性模型,研究了其波长定位误差,并提出采用参考光栅的方法降低波长定位误差。实验表明,F-P型TOF的波长随机误差可由73～81 pm降至12 pm以下。     

近红外波长扫描激光高精度FBG解调系统

光纤布拉格光栅（FBG）由于其轻巧、规模小、不受电磁干扰和复用能力的影响等优点,广泛用于监视结构健康、机械运行、航空航天和其他领域。引入可调谐扫描激光（TSL）来研制近红外（NIR）范围内的精确光纤布拉格光栅（FBG）波长解调系统,实现高速度、宽范围、高精度的解调。采用一种光纤法布里-珀罗标准具（FFPE）用作波长标记以提取波长在细分波长扫描范围内实现分段线性解调,解决可调扫描激光器带来的非线性问题。引入了另一种光纤法布里–珀罗标准具,实现解调的高精度校准。提出一种多项式最小二乘曲线拟合算法,进一步提高解调的准确性和稳定性,利用了波长范围为1525~1565 nm的近红外波长扫频激光器,得到了非常优异的结果,解调系统的精度为±0.5 pm,实现了高精度、简易化和小型化。     

F-P标准具和参考光栅相结合的高稳定性FBG解调系统

为了提高光纤布喇格光栅（FBG）解调系统的稳定性和准确性,避免由于压电陶瓷的迟滞性、蠕变性以及温度变化引起的法布里-珀罗（F-P）滤波器驱动电压与透射波长不成线性的问题,采用了可调谐环形腔激光器作为扫描光源,与F-P标准具、温补参考光栅、传感光栅3个单独的通道结构相结合的FBG解调方法。通过理论分析和实验验证,选择中值滤波加滑动平均滤波的方法滤除噪声,采用基于强度阈值的频谱相关寻峰算法更加准确地找到反射谱峰值的位置。结果表明,每个通道单独分开的解调方案的波长长期稳定性可达0.4pm,温度与波长的线性度高于99.90%。该系统能够实现对温度、应变等参量的稳定性的测量。     

基于实时校准技术的光纤光栅传感解调系统

报道了一种采用实时校准技术的数字化光纤光栅传感解调方案。解调系统利用锯齿波电压信号和数字相位同步信号控制可调谐光纤法布里一珀罗(TFFP)滤波器，对光纤光栅传感器阵列进行扫描式寻址，同时采用非测量环境中的参考光栅和数字温度计提供精确的参考波长，并由高速数字信号处理器(DSP)实时校准滤波器的波长读取值，很好地消除了滤波器渊谐的温度漂移、非线性和蠕动性引起的测量误差。结果表明，实验系统的波长寻址范围为1520～1570nm，扫描频率为100Hz，波长测量分辨率为5pm，应变测量分辨率为4．13με。     

一种新的FBG传感信号解调技术研究

在基于当前FBG传感信号解调技术的基础上,提出了基于可调谐法布里一珀罗(F-P)滤波法和非平衡马赫一曾德尔(M-z)滤波法的FBG解调方法,并进行了系统仿真模型的设计,对其仿真结果与单独的可调谐F-P滤波法和非平衡M-z滤波法的仿真结果进行了比较.结果表明这种方法的性能得到了明显的提高,适用于FBG传感信号的静态和动态解调.     

混合无线传感网络覆盖优化的粒子群算法

为提高随机部署的传感网络覆盖性能,提出基于动态克隆粒子群的移动节点部署控制算法,用每个粒子表示所有移动节点的一种部署方案,在经典粒子群算法基础上,每次迭代结束后,粒子依据自身的覆盖性以及与群体中粒子的相似性决定其克隆数量和变异幅度,有效避免陷入早熟陷阱.通过与其他算法的对比仿真实验,表明该优化算法能更有效地提高网络覆盖性能.     

基于改进粒子群算法的无线传感网络覆盖优化

针对传统粒子群算法容易陷入早熟陷阱而导致无线传感网络(WSN)的覆盖优化效果欠佳的现象,提出一种引入种子杂交策略的粒子群优化(PSO)改进算法。通过将前期的PSO算法寻优与后期的种子杂交策略相结合,从而完成覆盖性能的优化。综合理论分析与实验仿真可知,相比于其他算法,本文算法改善了覆盖率与RD指标,在改善网络覆盖性能方面具有一定优势。     

基于STM32的FFP—TF法FBG传感系统设计

通过对FBG传感器、FFP—TF（可调谐光纤F—P滤波器）以及STM32微控制器的研究,设计了一种光纤光栅传感系统。该传感系统具有精密度高、结构紧凑、便于携带、使用方便、适用于野外作业等优点。本文给出了传感系统的硬件设计和软件实现。     

基于飞秒激光直写F-P腔的位移与应力传感特性研究北大核心CSCD

设计了一款基于飞秒激光直写的法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)干涉型光纤传感器,实现了位移与外部应变双参数的测量,研究了该传感器的实现原理,并进行实验验证。首先用飞秒脉冲激光在标准单模光纤(single mode fiber,SMF)的纤芯的纵向上刻两道长度为48μm的线,两线间的距离为105μm,形成一个F-P谐振腔,将该结构的其中一端切平,与一个全反镜共同形成一个复合的干涉仪,从而构成位移传感器;再将切平的那一端打结,又可以进行应力的测量。实验结果表明,该结构在Dip1位置的位移灵敏度为-440.3 pm/μm,线性拟合系数为0.9903;该结构打结后,可以测得Dip2位置的应变灵敏度为1.2 pm/με,线性拟合系数为0.9924。传感器制作简单,成本低,结构微小,线性度良好,容易重复。该传感器在位移传感和应变传感领域中均具有一定的实用价值。     

基于优化最小二乘支持向量机的温度稳定光纤布拉格光栅传感解调

光纤法布里-珀罗可调滤波器(FFP-TF)是组成光纤布拉格光栅传感器解调系统的核心器件之一,其稳定性对解调精度至关重要,而温度漂移是影响其稳定性的关键因素之一.最小二乘支持向量机(LSSVM)的非线性映射能力可以对漂移进行有效补偿,针对传统LSSVM模型参数选取易陷入局部最优的问题,基于改进的天牛须搜索粒子群优化算法在...     

IIR数字滤波器设计的粒子群优化算法

本文探讨了粒子群优化算法及其性能评估准则，然后重点研究了IIR数字滤波器设计的粒子群优化算法及其实现步骤。最后，通过IIR数字低通、带通滤波器设计两个实例证明了本文算法的有效性。     

基于并行处理和AC-DC修正的可调光滤波器解调技术研究

为了提高基于压电陶瓷(PZT)驱动的可调谐法布里-珀罗(F-P)型滤波器解调的光纤布拉格光栅(FBG)传感系统的实时数据采集速度和测量精度,提出并行处理技术和交流转直流(ACDC)修正方法。通过并行处理技术,可调谐F-P滤波器连续采样,PZT磁滞性得到抑制,提高了系统实时数据采集速率和测量精度。针对AC驱动电压与F-P滤波器腔长之间的非线性关系,提出AC-DC修正方法,将AC电压下的FBG波长中心位置拟合为DC电压下的中心位置,减小了FBG中心波长的测量误差。实验表明,系统实时数据采集速率最大可提高1倍,应变测量的随机误差降低95%,动态应变传感的灵敏度优于1με,实测应变量与理论计算结果之间的误差小于4%。     

基于扫描光源的光纤气体传感系统的研究

提出了一种基于窄带扫描光源的光纤气体传感系统。该系统能在多种气体共存环境下,完成对不同组分气体浓度的检测。克服了传统光纤气体传感系统在多种气体共存环境下需要多台光源进行检测的弊端,降低了工业化气体检测的成本。系统以放大自发辐射(ASE)光源为基础,结合锯齿波(STW)驱动的可调谐法-珀(Fabry-Perot)滤波器形成窄带扫描光源。针对可调谐滤波器的电容特性会引起锯齿波驱动失真的现象,提出了采用并联谐振回路的方案来解决锯齿波驱动失真的问题,保障了扫描光源工作的稳定性。实验结果表明,在乙炔和氨气混合气体的环境下,本系统可以实现对不同组分气体浓度的同时检测,检测结果误差较小。     

基于光纤法布里-珀罗滤波器的便携式近红外光谱仪

介绍一种以光纤法布里-珀罗(FFP)滤波器为核心的便携式近红外光谱仪的设计方法。为克服FFP控制电压和扫描波长之间的迟滞和非线性效应, 实现光谱仪扫描波长的准确定位, 采用一组光纤光栅（FBG）的中心波长为参考, 利用粒子群优化（PSO）算法对每个FBG中心波长进行准确定位。在此基础上, 采用多项式拟合技术, 实现了在每一个FFP扫描周期内, 在线建立FFP扫描波长与其控制电压间的关系模型, 从而构建了一种准确度高、小型便携的近红外光谱仪。实验证明该光谱仪扫描波长范围为1490～1590 nm, 波长测量误差低于0.15 nm, 波长分辨率小于0.4 nm。     

基于粒子群优化算法思想的组合自适应滤波算法

根据粒子群优化(PSO)算法的社会心理学指导思想并结合自适应FIR滤波器的特点,设计了合适的惯性项、认知项与社会项表达式,并将之应用于组合自适应滤波器的子自适应滤波器更新中,提出了基于PSO算法思想的组合自适应滤波算法,分析了新算法的计算复杂度。理论分析与不同条件下的自适应系统辨识仿真结果表明,新算法可以在不明显提高计算量的条件下较好地平衡自适应滤波器的稳态失调与跟踪能力,其收敛性能优于其它几种较新的LMS算法。     

FBG的中心波长变动算法研究

为了快速而准确地获得应变信息,针对基于法布里-珀罗(F-P)滤波器的光纤传感应用系统,研究和对比分析了几种光纤布喇格光栅(FBG)光谱信号的中心波长变动计算方法。根据FBG反射光谱的功率分布波形对称特性,提出一种优化查找中心波长值的算法,利用相邻2次采样的光谱波形峰值的两侧数据,依据最小二乘法原理进行优化计算获得中心波长的替代值。实验结果表明,以此计算FBG光谱中心波长值变动量不大于1个采样点。     

基于自适应变异粒子群优化算法的自适应滤波器设计

本文提出了设计一种基于自适应变异粒子群优化算法的振动信号的自适应滤波模型，然后重点研究了自适应数字滤波器设计的粒子群优化算法及其实现步骤。该滤波模型在计算机仿真测试中，获得了很高的效率和良好的结果。     

光通信系统中新型可调谐半导体激光器的设计

为了适应当前光通信系统对波长可调谐激光器的需求,提出用游标效应来实现波长可调谐的激光器,设计了一种功率稳定且频率可调的三段式开槽法布里-珀罗结构可调谐半导体激光器,给出了系统结构的设计原理,并进行了理论分析和实验验证。取得了三段式开槽法布里-珀罗结构可调谐半导体激光器激射谱叠加图数据,利用光纤延迟自外差法测量激光器线宽,对比了3种不同激光器的线宽测量曲线。结果表明,基于游标效应设计的新型开槽法布里-珀罗可调谐半导体激光器波长调谐机制简单方便,且具有很好的单模性和信道切换能力。该研究在未来的光通信领域中具有一定的应用价值和实际意义。     

粒子群优化算法在FIR数字滤波器设计中的应用

本文针对有限脉冲响应(FIR)数字滤波器的设计实质上是一个多参数优化问题,提出了一种用粒子群优化算法(PSO)设计FIR数字滤波器的方法.首先将滤波器的设计问题转化为滤波器参数的优化问题,然后利用粒子群优化算法对整个参数空间进行高效并行搜索以获得参数的最优化.FIR数字低通、带通滤波器设计实例证明了该方法的有效性和优越性.