基于级联长周期光纤光栅的光纤布拉格光栅振动传感器的动态解调

提出一种基于级联长周期光纤光栅(CLPG)的光纤布拉格光栅(FBG)振动传感器动态解调方法。宽带光源发出的光经FBG反射后,进入到CLPG,经过CLPG调制后FBG反射光强会发生变化。通过温度测量实验对监测系统进行静态标定,再将FBG传感器粘贴于铝板表面,采用该系统监测简支铝板结构在低频和高频下的振动信号。系统采集到的动态信号时域波形及频谱与涡电流位移计的测量结果相吻合,表明该监测系统可实现2kHz以下的动态信号测量。     

高灵敏抗冲击光纤光栅微振动传感器

针对高灵敏度的光纤布拉格光栅（FBG）振动传感器的抗冲击可靠性,设计了一种具有限振结构的双悬臂梁型FBG振动传感器,理论分析了结构参数与灵敏度和振动位移的关系,进行了结构优化,确定了限振幅度。制作了限振幅度约为90m的传感器样品,对传感器的加速度灵敏、频率响应、抗冲击性能进行了测试,结果表明,传感器的加速度灵敏度达到525 pm/g,谐振频率约为66 Hz,传感器经过50 g反复冲击,频响特性具有良好重复性,表明传感器具有较高的可靠性。     

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。     

基于波分复用器的光纤光栅振动传感器阵列

研究了一种用光纤光栅测量动态应变的阵列传感技术。在用基于3×3耦合器的非平衡光纤马赫-曾德尔干涉仪解调光纤光栅波长变化基础上,提出了通过波分复用器(WDM)来实现多个光纤光栅振动传感器的复用,测试了波分复用器对通道交叉干扰的影响,并同时测得了串联的3只光纤光栅的振动信号。讨论了使用这一技术时,工作环境和光源光强的变化对测量没有显著影响以及该技术可以用于高频信号的测量原因。该技术优点在于测量频率高、灵敏度高,不受光源光强度的影响,还可以获得不同测量点之间的相位关系。     

基于光纤光栅的分布式传感器

分布式传感器是光纤光栅的重要应用方面之一。本文较全面地介绍光纤光栅分布式传感器的各种结构和检测方法，分析讨论了它们的特点和性能。     

基于光纤光栅的分布式传感器

分布式传感器是光纤光栅的重要应用方面之一。本文较全面地介绍光纤光栅分布传感器的各种结构和检测方法，分析讨论了它们的特点和性能。     

基于人工蜂群优化算法的光谱形复用技术

光纤布喇光栅(FBG)在构成大型传感网络时,由于光源带宽有限会出现光谱重叠的问题.提出了一种人工蜂群(ABC)算法及改进ABC(IABC)算法的解调技术,结合谱形复用技术与IABC算法对光谱重叠中的各个光栅的波长进行识别,并对多个FBG传感系统进行实验仿真与分析.实验结果表明:IABC算法在多FBG传感复用系统中的解调...     

光纤光栅振动传感器结构设计研究

传感技术是衡量一个国家信息化程度的重要标志。振动信号的检测在工业尤其在石油勘探方面有着重要作用。其中,基于光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)的振动传感器具有诸多优点而备受关注。简单介绍了FBG振动传感器的原理,并根据结构类型对近几年研发出的FBG振动传感器进行了分类和总结。阐述了四种FBG振动传感器的优缺点,并重点对悬臂梁式和柔性铰链式结构的FBG振动传感器进行了总结。接着从三个方向对现有的FBG振动传感器进行了分析并提出了优化建议。最后对FBG振动传感器的发展做出了预测与展望。     

基于优化解调算法的光纤传感器交叉敏感问题研究

光纤传感器固有的交叉敏感问题一直是光纤传感技术应用中亟需解决的问题。提出了一种多目标粒子群优化(MPSO)解调算法,分别讨论了2个光纤布喇格光栅(FBG)中心波长在相同与不同的传感系统中的解调情况,以及不同反射率对解调结果的影响。该算法不仅具备较高检测精度(温度测量精度为0.1℃,应变精度为0.5με),而且系统结构简单、易于实现,对FBG的材料、结构、中心波长及反射率无严格限制。     

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.     

基于微振动增强的伪装人体检测算法

伪装人体检测在视频监控领域具有重要的研究和应用价值.本文针对目前基于图像表层特征提取的伪装人体检测方法无法有效检测出没有明显移动的伪装人体目标,充分利用了人体目标具有一定范围呼吸率的独特特性,提取并增强伪装人体的微振动特征,利用振动特征实现了伪装人体目标进行检测.首先,提出了自己的伪装人体视频数据集和基于微振动特征的伪...     

基于粒子群算法的无线传感器网络覆盖优化

传统无线传感器网络覆盖优化方法所选算法的结构不合理,使其覆盖能力、迭代能力和有效性无法维系网络基本功能,为此提出粒子群算法的无线传感器网络覆盖优化方法。通过构建无线传感器网络认知模型,将网络覆盖优化工作转化成求取目标物体最大覆盖几率问题,使用粒子群算法对模型进行编码,利用模型适应度函数给出的约束值对网络节点位置进行更新,实现对无线传感器网络覆盖率的优化。通过分析仿真实验结论可知,与传统方法相比,该方法具有更强的覆盖能力、迭代能力和有效性。     

基于粒子群算法的激光位移传感器参量优化

为了提高激光三角测距精度、优化传感器设计过程中的光学参量,采用数学建模和计算机辅助分析的方法,解析了激光三角测距传感器中的关键参量与测量系统各指标的关系,并采用一种基于粒子群算法的参量优化方法,得到符合系统优化要求的光学参量,进行了理论分析和验证。结果表明,在进行参量设计时,各参量相互牵制;确定了粒子群搜索空间和约束;在灵敏度S_min达到2.2386mm时,系统分辨力可达到2.8μm,且其它各参量取值符合系统要求,同时优化效率大大提高。该优化方法算法简单、操作方便。     

高灵敏度级联长周期光纤光栅温度与应变传感的理论研究

根据长周期光纤光栅(LPFG)的温度和应变特性,从理论上设计一种具有更高灵敏度的传感器。将两个具有不同包层参数和周期的长周期光纤光栅串联起来,构成光纤光栅传感器;并对其进行数值模拟,结果表明此传感器具有更高的温度和应变灵敏度,同时能实现双参数测量。对影响传感器灵敏度的因素进行了进一步分析表明光栅包层参数、周期对灵敏度都有一定影响,在其他参数不变的情况下高阶模次的灵敏度高于低阶模次,这一结果能进一步提高灵敏度。     

基于EMD算法的双外腔激光自混合微振动测量

基于激光自混合理论,提出了一种双外腔激光自混合干涉信号分离的方法,以实现两路微振动的同时测量。用EMD算法对不同频率的两路激光自混合信号进行分离。以原始信号和各IMF分量的互相关系数作为判断依据,选择出高频一路所需的IMF分量。根据两路自混合信号具有线性叠加的性质,原始信号减去高频一路信号即得低频一路信号。对分离出的每一路信号进行频谱分析,利用主频阶次判定法实现振幅重构。结果表明,仿真和实验信号均能有效被分离。     

Coverage optimization algorithm based on VF-CS in mobile sensor network

A random placement of large-scale sensor network in the outdoor environment often causes low coverage.An area coverage optimization algorithm of mobile sensor network (MSN) based on virtual force perturbation and Cuckoo search (VF-CS) was proposed.Firstly,the virtual force of the sensor nodes within the Thiessen polygon was analyzed based on the partitioning of Voronoi diagram of the monitoring area.Secondly,the force of polygon vertices and neighbor nodes was taken as the perturbation factor for updating the node’s location of the Cuckoo search (CS).Finally,the VF-CS guided the node to move so as to achieve the optimal coverage.The simulation results demonstrate that the proposed algorithm has higher coverage and shorter average moving distance of nodes than the Voronoi diagram based algorithms in literatures.     

井下油套环空级联式光纤光栅压力传感器的研制

为了实现对油水井下油套环空中狭小空间大量程压力的监测,研制一种级联式的光纤光栅压力传感器。首先,根据实际工况,设计一种基于平膜片和等强度梁相结合的光纤光栅压力传感器封装结构;采用级联式的方法,在未改变原有光纤光栅性能指标的前提下,扩大传感器的测量范围,解决压力测量范围和灵敏度之间的矛盾;通过力学分析验证研制的传感器结构的合理性与可行性,同时阐明其温度补偿的方法。实验结果表明:本文传感器的测压范围为0～30MPa,灵敏度为329.5pm/MPa,线性度达到98%以上。并且传感器结构简单,尺寸小巧,易于实现,装配到油管后的实际厚度仅为17mm,能够满足油水井下油套环空中压力的监测要求。     

All-fiber sensor based on few-mode fiber offset splicing structure cascaded with long-period fiber grating for curvature and acoustic measurement

An all-fiber sensor based on a single-mode–few-mode–single-mode fiber offset splicing structure cascaded with long-period fiber grating is proposed and demonstrated for curvature and acoustic signal measurement. High-order mode is inspired in the few-mode fiber by the offset splicing structure and coupled into the LPFG, resulting in a splitting into two dips of LPFG attenuation band, which are more sensitive to the external environment change. The results of the curvature sensing experiment show that the intensity of the two resonant dips has a linear response to curvature in the range of 0.124–0.304 \({\hbox {m}}^{-1}\), and the sensitivity is about 93.01 \({\hbox {dB/m}}^{-1}\), which is one order of magnitude higher than congeneric curvature sensors demonstrated by other researchers before. Based on the curvature sensing mechanism, the sensor is also demonstrated for acoustic measurement in the range 110–230 Hz. The sensor shows a sensitivity of about 15 mV/Pa at 110 Hz and 4.5 mV/Pa at other frequencies. High sensitivity and easy fabrication make it a preferable candidate for curvature and acoustic sensing in the field of structural health monitoring.     

基于FPGA和DSP的微振动传感器信号采集系统设计

为实现对双M-Z型光纤微振动传感器的振动信号进行实时检测和处理,提出一种基于FPGA和DSP的数据采集和实时处理系统。通过描述系统的硬件设计原理和寄存器配置,以及软件框架和流程,介绍了系统的设计和实现方法。经验证,该系统实现对微振动传感器的实时数据采集并实时进行信号处理,能满足微振动传感器系统对实时性的要求。该系统具有可重构性,方便实现不同算法。