线阵InGaAs扫描FBG反射谱的传感解调方法

研究并实现了一种基于256像元线阵InGaAs扫描的光纤布拉格光栅传感解调系统。针对线阵InGaAs探测器,分析了光纤光栅反射谱中心波长定位原理,可实现多个FBG光谱的同时解调,单通道解调传感器数量取决于FBG的带宽和中心波长漂移范围。对256个像素点的光谱数据,通过设置的阈值判断反射谱的个数,分别对每一个谱峰进行拟合,基于高斯指数曲线模型实现了寻峰算法,获得了中心波长。搭建FBG解调系统采集光谱数据,寻峰算法的稳定性达到0.5 pm。该解调方法无机械移动部件,实现了多光纤光栅波长寻峰的并行快速响应,波长解调范围为1 525～1 570 nm,为多光纤光栅传感提供了高速解调方案。     

用于光纤光栅传感解调系统的线阵InGaAs驱动时序电路的设计

从理论上分析了线阵InGaAs光电探测器阵列在采用光谱成像技术的光纤光栅传感解调系统中的的成像原理,在此基础上,对日本滨淞光子公司生产的G9212 型号的线阵InGaAs结构、工作方式等光电信号处理过程进行讨论.针对该型号的光电探测器阵列设计了使其正常工作的驱动时序电路,并用Verilog HDL 语言进行模块描述和CPLD实现驱动时序电路的仿真.实验结果表明,设计符合光纤光栅传感解调系统中线阵InGaAs实际工作需要.     

一种基于面阵CCD实时测量汞灯谱线波长的方法

利用面阵CCD采集汞灯衍射光谱图像;由计算机程序对采集的光谱图像进行处理,计算出不同波长谱线到零级谱线的间距L;然后根据光栅方程,实时计算出谱线的波长。该方法具有快捷、简便、精度高的特点,可应用于对光谱波长的实时测量。     

基于线阵扫描的FBG高温传感解调系统

为了实现光纤布拉格光栅温度传感的高速解调,建立基于线阵分光扫描法的解调系统。该系统通过SLD宽带光源、线阵InGaAs探测阵列以及FPGA控制芯片实现高速解调。基于FPGA控制芯片,完成探测单元及采样单元电路设计,并给出系统实施方案。采用飞秒激光制备的聚酰亚胺涂层的纯石英光纤布拉格光栅传感器搭建高温传感系统,对于传感信号进行高斯拟合实现寻峰。该解调系统无机械扫描部件,可实现光纤布拉格光栅的高速解调,波长解调范围为1 500 nm～1 650 nm,扫描频率为17 kHz,波长分辨率为7 pm,温度分辨率小于1℃。     

宽谱光源平均波长测试系统光路设计仿真

利用像元分辨率公式和高斯光束传输理论,设计了一种基于线阵InGaAs光电探测器的宽谱光源平均波长测试系统光路结构。在Zemax光学软件中建立了宽谱光源平均波长测试系统的光路模型,并优化了该测试系统的光路结构参数。根据软件仿真建立的光路模型,分析了位置偏差对准直光束平行度及系统光能利用率的影响,得到了相应的变化曲线,为宽谱光源平均波长测试系统的结构设计和装配提供了指导。     

浸入式光栅谱线特性

浸入式光栅常应用于光学材料折射率较高的红外谱段.其特殊的工作模式会产生一系列普通反射式光栅不需面临的问题, 而它们对于浸入式光栅的应用却十分重要.论文推导了普通光栅长波端与短波端谱线长度的关系.针对折射率与波长相关的特点, 以短波红外(1.5~2.5 μm)为例, 分析其谱线位置分布及光谱分辨率变化特性.结果表明, 浸入式光栅谱线分布相较于普通光栅有明显差异, “梯形”谱线会发生倾斜.在折射率变化较大的短波红外谱段, “梯形”谱线倾斜程度较明显.在以长波(2.5 μm)配准Littrow条件时, 谱线向短波端倾斜, 以短波(1.5 μm)配准时向长波端倾斜, 且Littrow波长均漂离中心波长.由于折射率在热红外谱段变化较小, “梯形”谱线倾斜较小, 更接近普通光栅情况.浸入式光栅的光谱分辨率随折射率变化而改变, 同级中, 波长增大分辨率增大;各级间, 级数减小分辨率减小.同时, 由于高级次(短波)分辨率大于低级次(长波), 因此各级谱线长度之比不再满足普通光栅中的比例关系.     

宽带FBG与自相关算法提高CCD解调精度的研究

为提高光纤光栅解调算法的精度,设计了3 dB带宽在1~3 nm之间的宽带布拉格光栅与自相关算法解调系统,使用线阵CCD检测光谱,进行波长寻峰分析与实验验证。线阵CCD离散像素点之间波长间距固定,宽带布拉格光栅可得到更多有效像素数据点;自相关算法只考虑传感测量时光谱的偏移程度,可抵消背景噪声,消除光栅刻写或封装过程中操作不当引起光谱异常的影响,从而提高光栅中心波长解调精度。温度测量结果表明,使用自相关算法解调啁啾光栅与宽带光栅,误差较高斯算法分别减少54.05%和40.87%,此算法可以使啁啾光栅达到正常光栅的解调精度。并且,使用宽带光栅的解调误差仅为啁啾光栅的50%。     

基于多波段混合气体吸收谱线的波长标定方法研究

为实现光纤扫描光源宽调谐范围内输出波长的高精度标定,提出了一种基于多波段混合气体吸收谱线的波长标定方法。采用分段阈值二阶导极值法和洛伦兹线型拟合法从混合气体吸收光谱中提取多条谱线中心位置,以其波长和驱动电压为参考点对Fabry-Perot(F-P)可调谐滤波器的迟滞非线性特性进行二次多项式拟合标定。将C2H2在C波段的吸收带与CO2在L波段的吸收带相结合,选取了21条C2H2谱线和16条CO2谱线作为波长参考。将本方法用于C+L波段的光纤光栅(FBG)波长解调,在0~60℃范围内波长拟合标准差小于3.3pm,线性相关系数大于0.999 8,系统稳定性误差小于2.6pm。     

线阵CCD紫外光谱仪的波长定标研究

波长定标的精度是衡量光谱仪的重要 指标之一。鉴于其重要性,研究了线阵电荷耦合器件(Charge-Coupled Device, CCD)紫外光谱仪的波长定 标,并完整地给出了一种波长定标方法(包括噪声扣除、谱 峰定位和波长拟合三部分)。针对暗噪声影响光谱信号的问 题,提出了一种利用非曝光像元扣除暗噪声的方法;针对谱峰漂移 的问题,提出了一种基于权重窄窗差分的谱峰定位方法;针对单一光 源特征谱线数量不足的问题,提出了一种多波段波长拟合方法。实 验结果表明,本文方法的波长定标精度在0.6 nm之内,关键波长点 上的定标精度在0.01 nm之内,具有定标精度高、复杂度低等优 点,因此可用于紫外光谱仪的波长定标。     

浸入式光栅谱线特性（英文）

浸入式光栅常应用于光学材料折射率较高的红外谱段.其特殊的工作模式会产生一系列普通反射式光栅不需面临的问题,而它们对于浸入式光栅的应用却十分重要.论文推导了普通光栅长波端与短波端谱线长度的关系.针对折射率与波长相关的特点,以短波红外(1.5~2.5μm)为例,分析其谱线位置分布及光谱分辨率变化特性.结果表明,浸入式光栅谱线分布相较于普通光栅有明显差异,"梯形"谱线会发生倾斜.在折射率变化较大的短波红外谱段,"梯形"谱线倾斜程度较明显.在以长波(2.5μm)配准Littrow条件时,谱线向短波端倾斜,以短波(1.5μm)配准时向长波端倾斜,且Littrow波长均漂离中心波长.由于折射率在热红外谱段变化较小,"梯形"谱线倾斜较小,更接近普通光栅情况.浸入式光栅的光谱分辨率随折射率变化而改变,同级中,波长增大分辨率增大;各级间,级数减小分辨率减小.同时,由于高级次(短波)分辨率大于低级次(长波),因此各级谱线长度之比不再满足普通光栅中的比例关系.     

A Calibration Method Based on Linear InGaAs in Fiber Grating Sensors Interrogation System

In accordance with the characteristics of wavelength shift detection in fiber grating sensor interrogation system, the wavelength interrogation system which uses linear InGaAs as the spectrum receiver is proposed. Orientation of optic spectrum line affects the silt of volume phase grating and size of InGaAs photosensitive unit, thus the calibration method is needed. Based on an analysis of InGaAs imaging model, least square curve fitting method is proposed to detect spectrum wavelength and InGaAs photosensitive unit position. The experimental results show that the methods are effective and the demodulation system precision is improved.     

切趾超短FBG中心波长解调实验研究

为提高光纤光栅传感器的测量范围和可靠性,本文采用单缝衍射方法实现了栅区长度小于1.5 mm,3 dB带宽大于1 nm,反射谱边缘有效线性区大于0.6 nm的切趾超短光纤光栅。并用其作为传感单元,提出了一种利用超短光纤光栅线性区域的中心波长解调方法。为了充分利用其反射光谱左右两侧的线性区,采用双波长激光的互补解调方法,将波长解调范围扩展到2.4 nm。实验结果表明,光功率与中心波长之间的线性度达到0.992。将测量值与实际值进行比较,两者具有较好的一致性.该方法具有结构简单、功耗小,测量空间分辨率高等潜在优势。     

基于非切趾短FBG光栅的小信号测量方法

为解决基于图像传感器的FBG解调系统精细测量的问题,提出了使用非切趾FBG测量弱信号的方法。设计出了非切趾FBG反射谱近似模型,采用对数放大的方法提高非切趾FBG的旁瓣,在较宽的光栅频谱范围内,进行光谱相关解调并给出解调算法。基于蒙特卡洛方法对非切趾光栅测量仿真,并搭建实验系统对非切趾FBG、宽带高斯光栅进行对比测量实验。研究结果表明,基于非切趾FBG的弱信号测量方法可有效提高波长测量精度,通过相关解调,可使测量精度达到宽带光栅的2倍。     

DWDM技术在新型波长解调方法中的应用

为实现光纤传感器的波长解调,以8通道50 GHz密集型波分复用器作为光纤光栅压力传感器中的解调工具,依据各个通道的中心波长作为波长的标定基准,利用从各通道中获得的光功率输出值获得光纤光栅反射光谱分布曲线的包络,并以高斯多项式拟合法作为光纤光栅波长寻峰算法,最终获得光纤光栅反射光谱的中心波长的准确位置,从而实现结构简洁、成本低廉、全光纤的波长解调系统,系统压力与波长的线性拟合度为0.996 5,实验测得的波长分辨率可达0.3 pm,最大引用误差为2.6%,测量精度为0.16 MPa。     

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。     

光纤光栅解调系统的寻峰算法研究

为了提高光纤光栅波长解调系统的反射谱寻优精度,利用遗传算法的未成熟收敛性进行了研究.阐明了遗传算法提高解调精度的原理,以可调谐F-P腔的光纤光栅解调系统为基础,验证了算法的可行性和可靠性.使用MAT-LAB对F-P腔滤波光纤光栅解调系统的反射光谱进行寻峰,得到传感光纤光栅的中心波长.分析了算法中初始种群数量、遗传代数、变异率对的寻优结果影响,并得到一组最佳遗传算法参量.算法精度达到3pm数量级,50次重复计算数据标准差小于0.5pm.结果表明,该算法稳定高效、实用性强,可以显著减小噪声对光纤光栅传感系统的影响,提高解调精度.     

线性斜边滤波器在光纤光栅传感系统中的应用

介绍线性斜边滤波器在光纤光栅传感系统中的应用,根据斜边滤波器波长解调方案的工作原理,主要介绍一种利用斜边滤波器的光纤光栅解调技术．实验采用1530／1550nm的斜边滤波器对单点光纤光栅应变和温度进行解调,结果表明该解调系统具有0．01nm的波长分辨力,该系统结构简单,易于解调．     

具有温度补偿的LPFG功率解调系统的设计与实现

传统的利用光纤Bragg光栅(FBG)反射光作为长周期 光纤光栅(LPFG)入射光的解调方式,无法避免温度的影响。本文提出了一种具有温度补偿功 能的LPFG功率解调方案,将FBG的Bragg波长由压电陶瓷(PZT)的驱动电压控制,使得FBG谐振 波长始终跟随LPFG谐振波长, 以此抵消温度对传统功率解调中的影响。这种解调方案适用于LPFG透射光谱随物理量变化谱 形也发生变化的传感,如微 弯、横向负载等特性。利用本系统对LPFG的横向负载特性进行试验,结果表明,采用此解调 方案获得的实验数据具有与 光谱仪相同的功率变化趋势,能够始终监测LPFG的谐振峰幅值,实现温度补偿的功率解调, 更适合于动态解调。对LPFG 的温度特性进行功率解调实验,结果也验证了解调系统具有温度补偿功能。