基于光纤传感的智能安防报警系统设计与开发

针对现有安防传感系统高能耗、易受电磁干扰、成本高和铺设困难等缺陷,提出了一种低能耗、高灵敏度、不受电磁干扰的智能光纤传感安防报警系统。系统传感器采用微弯型阶跃光纤结构,在分析微弯光纤传感器光能损耗与谐振频率相对折射率差函数关系的基础上,优化了传感单元的结构参数。实验首先对干扰抑制算法进行测试,从波形分布看出,采用本算法后噪声得到了大幅抑制。在此基础上,又采用系统对不同伪目标干扰进行了测试。选用功率为2.5 mW的650.0 nm激光器、光纤功率计、微弯光纤架和纤芯9 μm的微弯光纤传感器搭建了光纤微弯传感实验,对4种不同安防状态的光电响应特征进行了分析。结果表明,针对不同干扰类型只要采用相应的信号分析手段就能有效降低系统误识别的概率。由此可见,光纤微弯传感系统具有高灵敏、低能耗、抗干扰等优势,满足设计要求,在智能安防领域具有很好的应用前景。     

夹角式强度反射型光纤声传感器

介绍了一种基于反射式强度型光纤传感原理的光纤声传感器,该传感器通过光纤模块将发射光纤和接收光纤的夹角固定为60°,同时采用基于微加工技术制作的反射振动膜片敏感声音信号并调制光信号强度.建立了该传感器的理论模型,并通过仿真和实验分析得到系统的最佳工作距离为8 μm,灵敏度为2.49 μW/μm.实验测试结果表明,该声传感器样机对声音的探测灵敏度为30 mV/Pa,同时给出了样机的频率响应及线性度测试结果.     

基于FBG的复杂面形应变场检测系统研究

为了实时采集在受力条件下复杂面形的应变分布,为复杂面形结构的健康程度评估提供数据支撑,设计了一种基于光纤传感网络的复杂面形应变分布实时检测系统。系统由光纤激光器、耦合器、解调仪、光纤传感阵列组成,采用与光学扫描检测数据对比的方法,进行了多种不同施力条件下待测件应变分布的理论分析和仿真计算;实验中采用4组光纤光栅传感器在待测面上正交排布的形式,针对5.0mm铝板进行了测试,并与仿真数据进行了对比。结果表明,应变分布与施力位置、大小、表面结构均有关;实验测得最大波长偏移量为1.324nm,2.547nm和1.643nm,其分别对应的位移偏移量为0.244mm,0.523mm和0.347mm,与激光扫描法标定数据对比,相对均小于10%。该测试数据能够反映面形变化趋势,符合设计要求。     

光纤布拉格光栅的折射率传感研究

采用光纤布拉格光栅制备折射率传感器,研究光纤光栅的折射率传感灵敏度与其包层直径之间的关系。理论分析可得,光栅包层直径越小,Bragg波长的偏移量随环境折射率变化的影响越大,这样就能使实验中光栅所反射的LD光功率变化(传感灵敏度)越明显。利用氢氟酸溶液腐蚀光栅包层的方法,得到不同包层直径的光纤Bragg光栅折射率传感器。实验指出,包层直径减小时,光栅可传感的折射率范围会缩小,而其折射率的传感灵敏度却会增大,如包层直径为8.9 μm时,折射率的检测范围为1.3872~1.4730,其最大灵敏度值达到了224.0320 dBm/RIU。     

基于倾斜光纤光栅的温度不敏感振动传感器

提出了一种基于倾斜光纤光栅与多模光纤相结合的温度不敏感振动传感器,其振动传感头是在倾斜光纤光栅与单模光纤之间加入一小段多模光纤所组成。倾斜光纤光栅的反射光谱有布拉格模和包层模两部分组成,其中多模光纤的作用是将倾斜光纤光栅反射包层模耦合到单模光纤的基模。倾斜光纤光栅包层模对外界振动很敏感,通过传感器的包层模平均输出功率完成对外界振动物理量测量。由于采用强度解调的方式,可以大大降低传感器装置的复杂性。实验表明：当传感器温度从20 ℃上升到70 ℃时,传感器的输出平均光功率均方根误差为0.01 μW,其反射光谱平均输出功率影响很小,故可以避免外界温度对测量结果的影响。     

一种新型光纤加速度传感器的研究

基于光强调制原理以及耦合效率与纵向偏移距离 的关系,设计出了一种新型的光纤加速度传感器,突破传统 加速度传感器检测技术要求,实现高精度、高灵敏度以及具有快速响应能力。在发射光纤发 射光功率不变的情况下, 接收光纤的位置随系统振动而上下微动,从而导致接收的光功率发生变化。实验得到了在接 收光纤位移量由0～40μm变 化范围内接收光功率的变化规律和光功率随位移变化的拟合曲线。当接收光纤位移量为0时 ,两根接收光纤接收到的光功率大小相等;当位移量达到40μm 时,两根接收光纤的光功率差达到最大,模场分布差别最明显。实验研究了光 纤加速度传感系统的频率响应特性,得到了光纤加速度传感器频率响应特性曲线。在同一 实验平台上,通过与标准加速度计的测量数据对比,验证了本文光纤加速度传感器测量性能 的有效性和可靠性。     

分布式光纤安防系统传感和定位技术研究

提出了一种基于马赫一泽德(M-Z)干涉仪原理的分布式光纤振动传感与定位的技术,该技术可实时检测整个光纤沿线发生的振动信息,并利用该技术设计了一种安防报警系统.分析了该系统的定位工作原理,理论分析和模拟实验表明系统具有很高的检测灵敏度.在总长度为18.46 km的光纤上进行了实验,系统实时地给出振动的位置,平均定位误差为42 m,将光源功率增至300 μW,可对长度26 km的光纤上的振动信号进行定位.     

纳米薄膜光纤法布里-珀罗传感器的温度特性

在对薄膜材料热光效应和热膨胀特性研究的基础上,综合运用光学薄膜法布里-珀罗腔(Fabry-Perot)干涉理论,采用MATLAB 编程设计了纳米薄膜光纤法布里-珀罗传感器的仿真分析程序,模拟了薄膜型光纤法布里-珀罗传感探头反射光谱随温度变化的波长漂移特性,分析了不同材料热光效应和热膨胀特性对温度特性的影响权重,并进行了实验验证。验证结果表明,传感探头测试光谱的温度变化特性与仿真特性一致,纳米薄膜光纤法布里-珀罗传感器的理论仿真可用于选择纳米薄膜材料及筛选温度敏感且镀制容差大的膜系,对传感探头的研制具有指导意义。     

基于光纤传感网络的智能检测校正系统

为了实现产品安装的智能控制及自适应,提出了一种基于光纤传感网络的智能检测校正系统.利用光纤传感网络重建工装的应力场分布,计算波长偏移量与位置偏移量的函数关系,量化传感网络与位置校正数据的对应关系,最终为自动安装系统提供智能检测校正参数.实验采用常见的插入式安装结构,对0～200 N范围的应力变化进行了测试与分析.实验表...     

相位敏感光时域反射仪的振动全程敏感研究

研究相位敏感光时域反射仪振动检测时, 高功率激光脉冲的入射使得光电探测器产生饱和现象而导致光纤前端振动传感不敏感, 低功率又满足不了远距离检测的需求。为了解决这一问题, 采用一种新型传感结构的方法进行了理论分析和实验验证。根据入射功率的高低对光纤分段检测, 通过相应的数据处理, 实现了光纤振动全程敏感的结果。同时, 为了进一步提高该系统的振动灵敏度和信噪比, 对比分析了雪崩二极管检测与利用低噪声光电二极管检测的结果, 并比较了声光调制器与半导体光放大器的实验效果。结果表明, 当测量距离为38km时, 相比雪崩二极管检测, 利用低噪声光电二极管与掺铒光纤放大器有更高的信噪比; 相比声光调制器, 利用半导体光放大器能得到更高信噪比。该新型传感结构为光纤传感器领域的科学研究和工程应用提供了很好的参考。     

温度补偿型光纤光栅加速度传感探头结构设计

采用可调光纤F-P滤波器技术设计了一种光纤光栅加速度传感系统。提出了一种温度补偿型光纤光栅加速度传感探头,探头弹性系统主要有惯性质量块、双弹簧片、钢管等组成。探头采用不受力光纤光栅法进行了温度补偿。该探头具有结构简单,不受电磁干扰,不受光路功率波动和相位噪声影响等优点,且能自动进行温度补偿。     

Simple distributed optical fiber sensor based on Brillouin amplification of microwave photonic signals

A simple distributed fiber sensor is proposed by Brillouin amplification and depletion of microwave photonic signals. This technique utilizes optical carrier suppression (OCS) modulation to generate two sidebands acting as the pump waves. After Fresnel reflection at the cleaved end of the fiber under test (FUT), the pump waves are converted to probe waves. By sweeping the modulated microwave frequency, the stimulated Brillouin scattering (SBS) spectra and Brillouin frequency shift (BFS) can be precisely characterized. As a result, the accurate measurement of the Brillouin frequency shift makes good determination of the distributed temperature or stain along the FUT, and the position along the FUT can be resolved and controlled by the delay of the microwave pulses. Furthermore, our proposed sensing system is implemented with a single-ended configuration which has shown many advantages such as immunity of the laser frequency fluctuation and compact setup without additional pump laser source and filters.     

分布式光纤振动检测方案及应用

在分析网络通信安全需求的基础上,阐述了光纤传感技术和光缆状态实时监测技术对网络通信安全的保障作用。介绍了光纤传感技术的发展历史以及具有代表性的光纤传感器,然后介绍了分布式光纤振动传感系统的原理和工作方式,并对该系统的解调方法进行了分析。为了获得更高的信噪比,通过实验分析了数据解调中延迟差分对信噪比的影响。结果表明,在一定范围内,延迟时间与信噪比正相关。     

Optically Powered Pressure Sensor with Optical Fiber Link

An optically powered sensor for measuring pressure which is linked by optical fiber is developed in new scheme.Its pulse positio modulation(PPM)optical signal and op-tical supply power for electronics in probe are transmitted via a single optical fiber.The opti-cal power is carried by a 1300nm laser diode(LD)and the sensing data are carried by a 850nm LED.The remote ptobe uses all CMOS chips and particular modulations(PPM and PWM).Its electrical consumption including signal manipulation and LED driven current from optically converted is less than 100μW.The laser diode supplies 5mW optical power into fhe fiber.A Photodetector converts suffichently this power into electrical power to drive the whole probe operation.The optically powered distance gets up to 500m.The novel sen-sor combines optical fiber and electronies technology into a system.Because of using the prin-ciple of ratio measurement between measured and reference signals.as well as light feedback,the system is available with high reliab,outstanding accuracy and repeatability.     

Non-touch Fiber-optic Reflective Displacement Sensor for Roller Wear

By accurately measuring the displacement between the roller surface and the optical fiber probe relative to a null position, we can test the roller wear. The whole testing method and system were introduced. Each part of the testing system was illustrated. And also a novel fiber-optic sensor with three probes in equal transverse space is adopted. Using this sensor, the effects of fluctuations in the light source, reflectivity changing of target surface and the intensity losses in the fiber lines are automatically compensated. This method offers such advantages as non-contact, no electromagnetic interference, simplicity, low cost, high sensitivity, good accuracy and stability.     

Non—touch Fiber—optic Reflective Displacement Sensor for Roller Wear

By accurately measuring the displacement between the roller surface and the optical fiber probe relative to a null position, we can test the roller wear. The whole testing method and system were introduced.Each part of the testing system was illustrated. And also a novel fiber—optic sensor with three probes in equal transverse space is adopted. Using this sensor, the effects of fluctuations in the light source, reflectivity changing of target surface and the intensity losses in the fiber lines are automatically compensated. This method offers such advantages as non—contact, no electromagnetic interference, simplicity, low cost, high sensitivity, good accuracy and stability.     

受激布里渊散射主被动混合调Q光纤激光器

基于瑞利散射和受激布里渊散射(RS-SBS)的被动调Q掺铒光纤(EDF)激光器的输出脉冲序列具有重复频率低、脉宽窄、功率高的特点,适合光时域反射(OTDR)系统对脉冲光源的基本要求,但是输出的脉冲序列不够稳定。提出在被动调Q激光腔中插入声光调制器(AOM)构成主被动混合调Q激光器。实验结果证明,这种混合调Q的方法既保持了声光调制器主动调Q激光器输出脉冲序列重复频率低而且稳定的特点,又发挥了瑞利散射和受激布里渊散射被动调Q机制动态速度快、输出脉冲宽度窄的优势。在120~200 mW的抽运功率条件下,得到的脉冲序列重复频率从30 Hz~90 kHz连续可调,脉冲宽度最小可达20 ns,峰值功率最高可达200 W,脉冲重复频率稳定度优于5%,脉冲幅度起伏不大于10%。脉冲峰值功率和脉冲宽度受抽运功率的影响不大,但随着调制频率增加,脉冲峰值功率降低而脉冲宽度加宽。     

双简支梁结构光纤光栅加速度传感探头的设计

采用双简支梁结构设计了一种光纤光栅加速度传感探头,探头弹性系统由双简支梁、双光纤光栅、质量块等组成。采用差动补偿法解决了光纤光栅传感器温度与应变交叉敏感问题。该探头结构简单,线性度好,一阶谐振频率达到525Hz,不受电磁干扰,不受光路功率波动和相位噪声影响,且测量灵敏度是单光纤光栅传感器的2倍。