长周期光纤光栅传感信号解调技术现状与发展

光纤光栅传感技术是光纤传感的主要研究方向之一,光纤光栅主要分为光纤Bragg光栅(FBG)和长周期光纤光栅(LPFG).相比于FBG,LPFG在应用方面具有独特优势.对LPFG的信号解调方法进行分析与评述,并对该技术的发展趋势进行展望和总结.     

基于多级衍射及自适应补偿的光纤光栅传感器解调技术

解调技术是决定光纤光栅传感解调系统速率、精度、容量等性能的关键因素。提出一种基于线阵光电探测器成像原理的光纤光栅传感器解调方案,通过多级衍射,结合弱曝光自适应超频技术和FPGA并行数据处理技术,实现了对传感信号的快速解调,同时可以实现对级联型光纤光栅传感器和长周期光纤光栅传感器信号的解调。使用温度、应力敏感光纤光栅传感器对搭建的铁路桥模型进行监测,实验结果表明,光纤光栅传感系统的解调精度可以达到10 pm量级,系统可测量光谱范围达50 nm,提高了传感系统的解调速率和精度,同时实现了光纤光栅解调设备的微型化。     

基于叠加级联长周期光纤光栅的温度和应变传感的理论分析

设计了一种基于叠加型级联长周期光纤光栅的温度与应变双参量同时测量方案，该方案结构小巧、成本低、制作简单。方案在同一段光纤上重叠写入周期为的两个子栅，构成了叠加型级联长周期光纤光栅，这种叠栅的透射谱稳定可控，避免了串联式长周期光纤光栅透射谱谐振峰过于密集多峰、过于敏感不适合作为测量标的的缺陷。通过数值方法分析了不同周期、不同阶次谐振峰分别与温度及应变灵敏度的关系，仿真表明：在给定参数下，光栅的周期越大、两子光栅的周期差也越大时温度与应变灵敏度也越高，选用的两个谐振峰阶次越高、阶次的差异越大时温度与应变灵敏度也越高。利用仿真结果设计了增敏的传感解调矩阵，并对矩阵进行了摄动分析，结果表明得到的解调矩阵相对于其他方案的条件数更低，有效提高了传感器的抗扰性，减小了测量误差对测量精度的影响。     

基于长周期光栅滤波的全光纤光纤光栅传感器研究

设计了一种全光纤传感测试系统,采用长周期光纤光栅作为边带滤波器,对光纤布拉格光栅的传感信息进行解调,结合高信噪比的光电测量系统,传感测量的波长检测灵敏度为１．９４ｄＢ／ｎｍ,波长测量分辨率可达０．０５ｎｍ。     

测量液体折射率与浓度的光纤光栅传感器

基于长周期光纤光栅的耦合模理论,从简化的三层光纤模型出发,研究了外界环境折射率变化时长周期光纤光栅传输谱的变化,并对氯化钠溶液的浓度和折射率进行了验证。实验结果发现,长周期光纤光栅的谐振波长与氯化钠浓度的变化近似成线性关系,而与折射率成二次曲线关系,这与数值模拟的结果一致。采用长周期光纤光栅测量液体的浓度和折射率的方法结构简单,且传感信号属于波长解调,避免了光强波动及光纤损耗的影响,整个传感系统全光纤化,能够实现对环境介质的在线、实时、快速、精确测量,还可用于特殊测量场合,实现远程遥测功能。     

干涉解调技术在光纤光栅传感系统中的应用

本实验的目的是为了将光纤光栅的传感特性应用于结构健康监测系统中,系统采用了基于迈克尔逊干涉技术的解调方法,将包含被测应变信息的FBG波长信号转变成相位信号,通过以89C51单片机为核心的单片机系统检测相位的变化,从而得到被测应变的大小.系统可用于静态应变和动态应变的检测,具有高分辨力、大测量范围的特点,传感灵敏度为0.3950°/με.     

LabVIEW实现光纤光栅传感解调

结合虚拟仪器技术和光纤光栅传感技术,自行设计了一套光纤光栅传感解调系统.系统采用匹配解调法实现波长编码传感信号的解调,匹配光栅由压电陶瓷驱动,压电陶瓷上施加了正弦电压,从而传感信息转换为解调信号在一个正弦周期内相邻两波谷之间的时间间隔.LabVIEW解调程序是解调系统的关键部分,实现数据采集控制,解调信号提取,过程运算和结果显示.通过线性标定实验得到系统的传感解调特性,系统用于应变测量,应变分辨力为1με.     

光纤Bragg光栅传感器的解调方法概述

在各种光纤传感器中,光纤Bragg光栅(FBG)传感器是近几年来研究的热点。研究光纤光栅传感器的关键问题是光纤光栅的信号解调,即波长微小移位的检测问题。概述了光纤光栅传感器解调原理,并从响应特性分类角度对光纤光栅的几种解调方法进行了分析比较。     

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.     

一种新型的桥梁结构健康远程监控系统*

提出了一种新型的桥梁结构健康远程监控系统,能满足恶劣工作环境、抗电磁场干扰、抗腐蚀、抗潮湿等要求,并可通过互联网对大型桥梁结构健康进行可靠的远程监控.系统由布设在结构监控点处进行应变和温度监测的光纤光栅传感器、对传感信号进行解调的光纤光栅解调仪、对传感数据进行采集处理的软件模块和将监控数据通过互联网传输到监控中心的传输模块以及在线远程监控模块等部分组成.     

匹配型光纤布拉格光栅波长移动解调方案设计与分析

分析了匹配型光纤布拉格光栅波长移动解调方案的基本原理,构建了光功率与波长偏移量以及光功率与轴向应变、温度变化量函数关系式,绘制了其变化曲线.为波长移动解调方案的实施奠定了理论基础.最后给出了该传感实验系统的实验结果.     

一种实时校准的光纤Bragg光栅传感器解调系统

为了提高光纤Bragg光栅（FBG）传感器阵列的信号解调精度,基于窄带光源问讯解调原理,提出了引入带标记热稳定标准具模块来实现实时校准的方案,利用12位A／D采集模块将信号采入计算机,在虚拟仪器软件LabVIEW下处理信号,峰值检测方法为分段寻峰。实验表明：该方案对FBG传感器中心波长位移的最大解调精度为1pm,相对于无实时校准模块方案下的解调精度提高了10倍以上,在应变为1×10^-4的范围内,测量误差小于1.5×10^-6。     

多模光纤光栅的应变传感特性

主要对多模光纤光栅的应变传感特性进行了实验研究,实验结果表明,光纤光栅的Bragg波长随轴向应变的变化呈现出良好的线性关系,而且其重复性相当好。实验测得的应变灵敏度为0.0011nm/(×10-6),与理论计算值相符。这些特性与单模光纤光栅的传感特性基本相同,因此可以用多模光纤光栅代替单模光纤光栅制作光纤传感器以降低成本。实验结果可以作为对光纤光栅进一步深入研究的参考。     

基于OTDM的FBG传感器网络超高速解调系统的设计

基于光纤Bragg光栅(FBG)和光时分复用(OTDM)的基本原理研究匹配光栅应变传感器网络的高速解调问题。给出了运用FPGA+ARM的匹配光栅应变解调系统设计,实现了多个FBG信道的同时监测。重点在通过寻峰算法寻到峰值的情况下,结合一种复合滤波算法(限幅法+滑动滤波法),极大地抑制了光路和电路中产生的噪声,将峰值功率变化范围由-1.03 dB压缩到-0.31 dB,使得所设计的系统能够在多种环境中应用,具有重要的参考价值。     

基于光纤Bragg光栅的动态应变信号的解调研究

推导了基于非平衡M-Z干涉仪和直流相位跟踪零差法(PTDC)、相位载波零差法(PGC)2种相位检测方法的FBG动态应变信号解调系统的工作原理;搭建了振动试验系统,对2种解调系统进行了比较,试验证明:2种解调系统均能在10 kH z的频率范围内正常工作,但前者在测量范围、抑制噪声等方面有明显优势;构建了基于FBG的材料冲击试验系统,给出了试验参数,试验结果显示所检测信号的信噪比约为80 dB,最小能检测的动态应变相对量为10-4;研究证明:FBG在动态应变信号检测方面有良好的性能。     

FBG温度传感的多路解调方法

提出了一种基于匹配光纤布拉格光栅的光栅温度传感新型多路解调方案,利用微机控制步进电机对多路匹配光栅施加压力和拉力从而与测量光栅匹配,达到对温度传感信号的解调。并对实验数据进行处理,建立了系统的响应特性模型。实验结果证明,该解调方法测量简单,重复性好,准确度较高。     

Dynamic strain measurements by fibre Bragg grating sensor

In this work, we describe a fibre Bragg grating (FBG) sensing system for static and dynamic strain measurements. Low cost and simple grating-based demodulation technique has been used to interrogate the strain induced Bragg wavelength shift. Experimental results showing the capability of the proposed system to perform static strain measurements with 1 μ resolution and a linear response are presented. The same system was also used for dynamic strain detection. Here, a fibre grating was bonded to a piezoceramic actuator in different configurations. A laser triangulation-based system has been used as reference measurements up to 10 kHz while dynamic strain measurements by FBG have been carried out up to 50 kHz demonstrating a dynamic resolution of ≈40 n/Hz^1/2, leading to the possibility to perform high frequency detection for on-line structural health monitoring in civil, aeronautic, and aerospace applications.     

光纤光栅传感解调系统控制电路的比较与分析

寻求一种低成本、高性能的光纤光栅传感系统的解调方案是实现光纤光栅传感器实用化的关键技术之一。介绍了光纤光栅传感器的基本传感原理,给出了国内外提出的几种典型的解调方案,并重点分析和比较了其工作机理和性能,最后,总结了几种解调方案的优缺点,指出其发展方向,为光纤光栅传感解调系统的设计提供了依据。     

基于DSP的光纤布拉格光栅波长解调系统

波长解调技术是光纤布拉格光栅在温度、应变测量等领域应用的关键技术,提出并实现了一种基于可调谐Fabry-Perot滤波器的波长解调系统设计方案.系统使用扫描控制信号作用于可调谐Fabry-Perot滤波器,DSP对扫描控制电压和布拉格光栅的反射波峰进行采样与处理,通过标准具和参考光栅对Fabry-Perot滤波器进行标定,使用数字滤波提高了数据的稳定性和分辨率.实验表明,该系统的解调效果很好,在结构简单的基础上能取得较好的精度与分辨率.     

基于LabVIEW的光纤光栅传感的动态解调

设计了一种基于LabVIEW和可调谐光滤波器的光纤光栅传感动态解调系统。用LabVIEW编写虚拟仪器(VI)程序,通过硬件接口由计算机控制可调谐光滤波器,使其在固定波长范围内扫描;采集电路对光电转换后的信号进行采集并送到计算机中分析处理,得到传感信号的反射波长以获得应变量。最后把传感解调系统的测试结果和光谱仪的测试结果进行比较,两者基本一致,说明了解调系统的设计是正确的。