全光纤干涉振动信号测试系统的硬件解调系统的研究

本文介绍了一种应用于全光纤干涉振动传感系统的硬件信号相位解调系统。文中对全光纤干涉振动传感系统的信号解调原理进行了介绍和分析,对光电转换和放大过程中所造成的信号被消除直流分量进行了自动计算和补偿;设计并实现了解调光纤传感信号的硬件系统,经过测试硬件信号相位还原系统可以准确有效地还原出设计带宽内的信号,有效地消除了软件还原方法中由于引入量化噪声等导致对信号还原精度的影响。     

基于相位生成载波的全光纤传感器定位研究

分布式光纤传感系统可应用于长距离、强电磁干扰环境下的监测.提出了一种用相位调制器进行外调制来提高分布式光纤传感器定位精度的方法.构造基于迈克尔逊干涉仪的全光纤振动传感器系统,并在反射端加相位调制器进行调制,使经过反射端反射的光干涉后的信号处于高频段,而未经反射端反射的光干涉后的信号处于低频段.通过高通滤波和相位解调,获得与外界扰动呈正比的信号,用这一信号进行定位,可以消除因为光纤中的瑞利散射等产生的回光干涉信号的频谱叠加,提高定位精度.该方法结构简单,易实现,通过理论分析和实验证明:采用该方法可以有效提高系统的定位精度.     

基于多频相位生成载波的光纤振动传感技术研究

为了满足周界安防区域数目扩增的需求,提出了一种基于多频相位生成载波的光纤振动传感技术,利用多个相位调制器实现了不同振动信号的频谱搬移,采用微分交叉相乘算法开展了多路干涉信号的相位解调,进行了相位生成载波调制深度的选值分析,并搭建了基于直线型萨格奈克干涉原理的多通道光纤振动传感实验系统。实验结果表明,干涉信号频谱含有多频载波成分与频谱搬移的边带成分,经解调可获得准确的振动信号,其频谱信噪比平均为27.3 dB,谐波失真度平均为8.22%,并在模拟应用场景中对人为敲击信号进行了准确解调,从而为本系统在交通领域的多防区周界安防应用提供了参考。     

基于压电陶瓷相位调制器的外调制相位生成载波法研究

对基于压电换能器PZT(Piezoelectric Transducer)的外调制相位生成载波PGC(Phase-Generated Carrier)法进行了深入的理论分析和实验研究.PZT光纤相位调制器利用电致伸缩效应来改变缠绕在其上面的光纤的长度,进而实现对光纤中光相位的周期性调制.在马赫曾德尔光纤干涉仪MZI(Mach-Zehnder Interferometer)的参考臂中加入该光纤相位调制器便可以将载波信号调制到光纤干涉仪的输出信号当中.计算机仿真分析了调制参数对PGC解调结果的影响.并通过实验验证了这种调制解调方案的可行性.利用美国国家仪器公司的数据采集系统及Labview编写的解调算法,在臂长为200 m的MZI中成功实现了相位解调,恢复出MZI传感臂中的原始相位信息,解调信号与原始信号的相关系数在0.99以上.     

分布式光纤振动传感信号的采集与处理

以分布式振动传感在周界安防中的应用为研究对象,简述了一个全光纤扰动传感与定位系统。分布式光纤传感与定位系统主要由光发射模块,传感光路模块,光接收模块,信号采集模块,信号传输模块及信号处理模块构成。振动信号的采集与处理决定着系统报警及定位的实时性和准确性,主要研制了振动传感系统中的数据采集与处理系统。     

光纤Bragg光栅在动态应变测量中的研究

为了将光纤光栅的传感特性应用于结构健康监测和高频应力作用下的材料力学性能测试中,对光纤光栅动态应变传感的测量进行了研究.设计了基于相位载波(PGC)零差法的非平衡Mach-Zender干涉解调系统,并对相位载波解调技术进行了分析.通过对比冲击实验和频谱分析,实验结果证明该检测方法有效可行,可以得到稳定的测量信号,系统在10 kHz的频率范围内有良好的频率响应.     

具有相位补偿的全光纤弱磁场传感仪

本传感仪可用于低频弱磁场或静态场的测量。本系统利用敷置在光纤上的磁致伸缩材料作为敏感元件,把磁场信号转变为光相位信号,然后采用具有相位补偿的全光纤Mach Zehnder干涉仪将相位调制转换为振幅调制;使用零差检测跟踪相位即可得到被测信号。本系统可探测到的最小场为10~(-9)T/m。     

基于超重力场的土壤剪切波速测量系统

为解决超重力场下,土体剪切波速测量过程中存在的自动化程度低、测量设备价格昂贵等问题,提出一种基于振动传播特性的土壤剪切波速测量方法,设计完成一款高精度、低成本、便携且可实时在线测量的监测仪器。系统采用NI信号输出模块,输出特定的模拟信号,设计功率放大模块对该信号进行功放处理,功放输出信号驱动压电陶瓷单元A振动,振动传递至压电陶瓷单元 B后,使其输出特定的电信号,经信号采样模块采集上传至处理器,利用信号模块输出信号与接收信号之间的相位特性,设计算法实现对土体剪切波速的测量和显示。测试结果表明:该仪器可以实现在超重力场下,对土体剪切波速实时在线测量,稳定性高,可操作性强。     

用于监测阀门泄漏的超高动态范围全光纤超声传感系统

本文提出了一种超高动态范围的全光纤超声传感系统,针对阀门发生泄漏时伴随产生的声发射现象,利用光纤的光弹效应,将声发射现象产生的超声信号转换为光纤中传输的光信号的相位变化,由光路干涉结构将光信号的相位改变量转换为两路干涉输出信号的幅度量,通过相位解调还原算法和功率谱分析,实现对超声信号的探测和提取。经过阀门泄漏实地测试验证了全光纤超声传感系统的实用性和可行性,并在实验室条件下对系统的动态范围进行了具体的测试分析。     

基于M-Z动态干涉仪的全光纤麦克风研究

设计了一种新型的全光纤干涉型型麦克风.通过构造由光纤耦合器和镀铝振膜组成的动态M-Z干涉光路,将外界声压对振膜的作用转化为对光路相位的调制,得到的输出光信号光电转换后可直接提取出原声音信号.整个光路和光纤探头部分无任何电的参与,具有抗电磁干扰、尺寸小、灵敏度高等优点.并通过实验对该光纤麦克风进行了测试,得到了较好的实验结果.     

光纤智能夹层制作工艺及试验研究

根据智能结构中光纤自诊断系统模块化要求,制作出光纤智能夹层.这种智能夹层不仅具有在光纤接头部位未出现断裂及智能夹层中光纤传感器未出现损坏的特点,而且具有光纤传感器的高灵敏度特性,可以铺设于复合材料表面或埋入复合材料内部.在此基础上,对智能夹层试件分别进行了轴向拉伸和四点弯曲试验.试验表明:在一定应变范围内,单膜交错光纤中光强-应变之间具有良好的线性关系,可以在埋入复合材料之前进行标定.利用智能夹层中光纤传感网络或自诊断模块,可以实现对智能结构的在线监测.     

分布式光纤振动传感系统大传感数据流时间周期压缩与传送技术

针对分布式光纤振动传感系统的大传感数据流,提出一种时间周期压缩与传送技术,采用扰动脉冲特征值提取模块对扰动脉冲特征值进行同步提取,并将无关数据剔除,大大压缩了数据量;同时为了便于数据区分,采用复用的方法对特征值进行编码与成帧.实验结果表明,本文提出的数据压缩与传送方法能够有效的获取外界扰动事件的位置和强度信息,且当同一时间仅有一处扰动事件发生的情况下,本文的数据压缩率仅为0.96‰.相比于传统的数据传送方法,本文大大减少了传输的数据量,减轻了通信接口和上位机软件的负担,系统的传感灵敏度和响应速度都得到显著提高.     

基于相干检测的偏振光时域反射光纤振动传感系统

提出将相干检测技术和偏振光时域反射技术POTDR(Polarization Optical Time Domain Reflectometry)相结合,利用相干检测技术的高探测灵敏度和偏振光时域反射技术中偏振态对外界环境敏感的特点,实现光纤分布式传感,测量微弱振动信号并实现定位功能.首先分别介绍了相干检测技术及其与POTDR相结合的相关原理,分析可行性,然后提出实验测试方案并搭建了测试系统.实验结果表明,基于相干检测技术的POTDR传感系统能成功地实现振动信号的探测和振动点的定位功能,这对于光纤分布式传感系统的进一步发展具有重要意义.     

Chaotic laser synchronization and its application in optical fiber secure communication

In this paper, optical fiber chaotic secure communication is proposed bycoupling chaotic laser synchronous system with optical fiber propagation channel.Feedback synchronous system of chaotic semiconductor lasers is presented andsynchronous error and decoding formulae are demonstrated. Synchronization betweentwo chaotic laser systems with distributed feedback semiconductor lasers at wavelengthof 1.31 μm is simulatively achieved with almost zero synchronous error. Parametermismatch, synchronous transient response and noise effect on the system are studied.Robustness of synchronization and anti-perturbation can increase by increasing thefeedback coefficient of the system. Influence of group-velocity-dispersion and self-phasemodulation of optical fiber on chaotic laser signal and synchronization are analyzed, and itis found that group-velocity-dispersion affects pulse shape, synchronization and decoding,and limits optical fiber propagation distances, and self-phase modulation does not affectpulse shape, w     

平衡式探测器在吸收光谱导数检测中的应用

常规的光谱吸收式气体检测系统采用调制激光器驱动电流的方式来实现对发射波长的调制,再使用锁相放大器提取由此产生的被测气体吸收光谱的某一谐波分量,并对其进行回归分析以获得气体浓度值。在信号检测的过程中,由于激光器强度调制现象的作用,使目标谐波分量与其邻频谐波分量相互混叠,增大了后续的数字信号处理过程的难度。为了消除光强度调制效应的影响,将光纤延迟线和平衡放大式光电探测器配合使用,构造出气体吸收光谱的一阶导数信号,并以此取代波长调制光谱技术中的谐波信号实现对气体浓度的标定。在室温常压条件下,利用该方法测量了被氮气稀释的若干甲烷气体样本,取得的理论检测限为5.1 ppm。     

自检式冲击波参量检测系统设计

针对冲击波参量检测与系统可靠性问题,设计了一种带自检功能的冲击波参量检测系统。传感头采用自发光式光纤镀膜探针,光纤探针在冲击高压下发光,并通过高速光电转换与示波器记录冲击响应信号,实现对冲击波参量检测。将激光脉冲耦合入传感光路,通过检测激光脉冲在镀膜光纤探针端面镀膜层的反射脉冲信号实现系统自检。详细介绍了镀膜光纤探针、高速光电转换电路及半导体激光器脉冲驱动源的设计与实现。进行了TNT爆轰驱动条件下冲击波到达时间的测量,实验结果表明：整系统的冲击波响应信号前沿小于5ns,测量不确定度小于3ns,为爆轰物理和冲击波物理实验中冲击波参量检测提供了一种可靠有效的测试手段。     

基于弹光调制旋光测量的信号解调系统

考虑到弹光调制技术PEM（photo-elastic modulation）测量光学旋光高灵敏度、高精度的优点,设计了一种基于PEM的软硬件相互配合的旋光数据解调系统,以满足实时稳定的旋光角度测量要求。在FPGA内使用多通道直接数字频率合成技术DDS（Direct Digital Synthesis）,采用同一频率控制字产生PEM的驱动信号和数字锁相的倍频参考信号,保证了信号的同频同源。弹光调制信号的交流序列和直流序列分别通过两路串口设备并行传输,LabVIEW完成串口资源配置和数据缓存,经数字锁相解调得到光学旋光角度。实验表明,在旋光角为8.52×10-5 rad时,系统的标准偏差是1.48×10-6 rad。     

多通道光纤振动传感器系统

介绍了一种多通道光纤振动传感器的原理和设计,它使用悬臂梁来遮挡反射回光纤的光，用光强度调制来实现振动信号的测量。这种传感探头只需一根光纤引出，紧凑小巧，易于安装调试。详细地介绍了系统的设计和制作方法。