光纤型定量PCR仪荧光检测光学系统性能研究

实践表明,光纤型定量PCR仪可以比共聚焦型定量PCR仪具有更高的荧光信号检测精度。然而,光纤型定量PCR荧光检测系统容易受到光源、透镜入瞳直径、光纤数值孔径NA和光纤损耗等诸多因素影响导致光源到光纤耦合效率下降从而影响系统的检测精度。针对光纤型定量PCR仪荧光检测光学系统,对其耦合效率进行Zemax仿真研究,根据仿真结果可以实现光纤型荧光检测光学系统的优化设计。     

多模光纤弯曲损耗特性的测量与分析

分析了多模光纤强度型微弯传感器中多模光纤的弯曲损耗。提供了弯曲半径为1mm~8mm和10mm~26mm,光源波长为0.633μm、0.780μm、0.830μm G raded Index多模光纤的弯曲损耗特性的测试结果。首次观察到了多模光纤弯曲损耗随着弯曲半径的减小而增大的趋势,以及在弯曲半径为10mm~26mm范围内损耗特性的不平滑性,并利用传播常数和W G模理论对此现象进行了解释。     

光纤传感器在涡轮轴向位移检测中的应用研究

以光纤传感原理为基础，采用一种强度补偿型反射式光纤位移传感器，借助光纤本身的优势，实现涡轮机轴向位移的实时监测。系统包括光源及其驱动电路、光纤传输通道、信号处理电路和信号输出系统。通过双路接收的方法消除因光源发光功率波动、光纤损耗变化以及环境干扰光等因素对测量结果的影响。采用稳压源驱动和温度补偿保证光源发光的稳定性，进行转速监测以补偿速度变化引起的误差。采用单片机完成被测信号的识别和处理，提高了测量的精度。     

润滑油膜厚度的光学相干层析成像测量

为了对滑动轴承的润滑油膜厚度进行精确测量,搭建了光纤结构的谱域光学相干层析成像(OCT)检测系统。该检测系统通过谱域OCT对油膜进行高分辨率成像,根据一维深度图像和二维层析图像中油膜和轴承表面的相对位置得到油膜厚度。分析了SD-OCT的检测原理,并对油膜厚度进行了测量,通过干涉光谱解耦法减小噪声对测量结果的影响。实验结果表明,该系统的测量误差小于2μm,具有良好的重复性和可靠性。该测量方法能够对油膜进行快速准确测量,有望应用于机械设备轴承运行状况的在线监测。     

中国仪器仪表学会精密机械学会精密测试与控制专业第二届学术讨论会部分论文摘要

应用各态历经统计特征提高光纤传感器系统精度的分析文章论述了光纤式四端补偿网络传感器系统的工作原理。从理论角度阐明了应用各态历经统计积分处理方法及选用合理的信号识别和处理使这一新型传感器在用于透过率的精密测量时可获得所有误差的准全补偿,从而可消除或大大减小各种误差源,如光源波动、光纤随机弯曲损耗、光探测器灵敏度变化及零点漂移、放大器增益变化及零点漂移、背景光等对透过率测量的影响。重庆大学钟先信高精度长光栅动态检测系统中的专用接口电路文章介绍一种在IBM-PC计算机上实现高精度长光栅动态检测的专用接口。此接口能应用于最大长度1m的长光栅的检测中,被检光栅尺的最高运动速度为1m/min,最小测量     

水下湿插拔接触式光纤耦合设计与性能分析

水下连接器是水下观测网的关键零部件，采用油液密封方式实现低损耗连接，但该方式会导致光连接结构复杂、工程研制难度大。为解决此问题，对比陆基光纤网络的连接方式，提出接触式光纤连接器水下原位湿插拔的方案。基于水体吸收特性、朗伯-比尔定律以及液体的表面张力等理论进行原理分析，在光纤端面形成厚度在5μm以内的水膜且该厚度水膜对1 310,1 550 nm波段的吸收损耗可忽略不计；然后，以1 550 nm波段为例，对光纤在空气、水、硅油的耦合损耗情况进行实验分析，并利用设计的光插针结构进行性能验证。实验数据显示，光纤水下原位湿插拔的平均损耗为0.17dB，光插针的原位湿插拔平均损耗为0.23 dB。由此表明，接触式光纤耦合设计能够满足水下湿插拔的低损耗连接要求。本文为水下光纤湿插拔连接器领域提供了新思路，提出在确保水体清洁的情况下可直接进行水下原位湿插拔的设计方案，有望打破国外以油液密封方式建立的技术垄断。     

干涉／强度调制型自校准F—P腔光纤传感器的应变测量

文中介绍了强度/干涉调制型自校准F-P腔光纤传感器系统及其工作原理,系统采用中心波长为1 310 nm的LED作为光源,粗波分复用器将传感头反射回的光分为宽谱和窄谱2路,其比值可以消除光源以及光纤损耗引起的光功率波动对测量的影响.此系统结合了强度调制型和干涉型光纤传感器的优点,既可对静态应变进行测量,又可对动态应变进行实时监测.测量结果表明:系统对于静态应变测量的线性范围为200 με,最小分辨率可达0.5 με;在动态应变测量中,可以准确获得悬臂梁的振动频率.     

涡轮叶片三维叶尖间隙光纤检测系统

航空发动机涡轮叶片叶尖间隙呈三维变化特点,传统光纤式叶尖间隙检测系统的测量结果受维间耦合影响精度差,信息源单一。本文利用一种沿直角等腰三角排布的三路双圈同轴式光纤传感基元组成的传感探头,通过BP神经网络解耦方法,实现了从传感器输出到叶尖端面径向间隙、轴向倾角和周向倾角三维参量的解耦。设计加工三维测量光纤传感器和后续调理电路并对检测系统进行了静、动态实验验证。实验结果表明:该系统径向间隙静态测量的最大误差为47μm,标准差为10μm,轴向和周向倾角的静态测量最大误差分别为0.49°和2.32°,标准差分别为0.13°和0.36°。系统具有良好的重复性和可靠性,径向间隙的动态测量标准差小于18μm,轴向和周向倾角的动态测量标准差小0.2°和0.5°,能够满足航空发动机涡轮叶片叶尖间隙三维参量快速实时检测的需求。     

利用信号拼接提高调频连续波激光测距系统的分辨力

提出了一种对等频率间隔的采样信号进行拼接来提高调频连续波激光测距系统的测距分辨力的方法。研究了调频连续波激光测距的原理,设计搭建了基于一种双干涉系统的光纤调频连续波激光测距系统。利用辅助干涉系统产生的时钟信号对测量干涉系统的信号进行等光频间隔的采样,然后对采样信号进行拼接。使用LabVIEW设计了信号错误检测处理、采样和拼接的信号处理系统。利用该测距系统进行了实验验证,结果显示,将等光频间隔的采样信号进行拼接的方法可以突破激光器扫描范围的限制,减少光源非线性的影响,从而提高系统的测距分辨力。得到结果表明,在测量距离为8.7m时,该系统的测距分辨力可达70μm,30组测量结果的重复性标准差为35μm。     

基于AOTF技术的光纤损耗光谱检测系统设计

提出了一种新型的基于声光可调滤光器(AOTF)的便携式光纤损耗光谱检测系统。建立了光纤损耗光谱检测的数学模型和检测系统总体结构。该系统利用声光可调滤光器的电可调谐特性,采用DSP进行智能化控制,实现对光纤中信号光的快速光谱扫描,测量出被测光纤对不同波长的信号光的衰减特性。最后给出了实验结果和讨论。     

光纤位移传感器的研制与应用

讨论了通过控制实现位移的测量和显示，运用单片机作为中央处理器处理数据以及控制系统动作，采用随机型光纤位移传感器和半圆型光纤位移传感器，使用电子线路对光纤位移传感器的信号进行处理和线性补偿，扩大了传感器的测量范围。利用反射式光纤位移传感器的工作原理，通过对反射光强信号的检测，提出了一种用于轧辊磨损度在线非接触检测的光电检测法。     

光学隐蔽深度测量系统的小型化设计

为了保障航行器水下航行时对可见光波段光学隐蔽的需求,以及实时测量其所在位置的光学隐蔽深度,设计了小型化可见光波段的光学隐蔽深度测量系统。根据光学隐蔽深度模型,优化设计了海水上行辐照度、海水下行辐照度、海水漫衰减系数、海水体衰减系数的测量方法。优化设计后的系统有21个测量通道,测量光谱为390~667nm,工作深度可达50m。进行了海上试验,试验结果显示:在天气良好的条件下,水下航行器在520~560nm可见光波段内存在暴露窗口,同时测得特征长度为0.75m的模型的光学隐蔽深度为3.5m。得到的结果表明,设计的小型化可见光波段光学隐蔽深度测量系统可以实现光学隐蔽深度的测量,测量装置具有体积小、重量轻、系统性能稳定等优点,适用于水下航行器搭载,可为下一步实现可自主升降的光学隐蔽深度测量系统设计提供理论技术支撑。     

980nm高稳定度激光泵浦源控制系统

设计、制作了一款980nm高稳定度激光泵浦源控制系统,以满足掺铒光纤放大器(EDFA)稳定工作的需要。首先,以恒流激励原理设计了控制系统的驱动单元。接着,使用半导体制冷器(TEC)作为泵浦源的温度控制手段,设计了控制系统的温度控制单元。为了验证控制系统的有效性,选用一款激光泵浦模块组成了完整的激光泵浦源系统。最后,对激光泵浦源的激光输出进行了实验,研究了光功率与驱动电流的关系,以及系统的光功率稳定度与光谱稳定性等。对系统进行了相关测试实验,结果显示:应用了本控制系统的激光泵浦源的激光输出中心波长为975.2nm,光功率可达600mW,短期光功率稳定度为±0.008dB,长期光功率稳定度为±0.05dB,比同类激光泵浦源具有更高的稳定度。得到的结果表明:所设计的激光泵浦源控制系统满足设计要求,具有一定的实用价值。     

Multiplexing optical fiber low coherence and high coherence interferometric system with large range and high resolution for on-line measurement

A novel optical fiber sensing system multiplexing low coherence interferometry and high coherence interferometry that is endowed with large range and high resolution and is stabilized for on-line measurement is presented. An optical fiber Michelson interferometer performing measurement task in the system works in both modes of low coherence interferometry and high coherence interferometry simultaneously by employing a broadband light source and a fiber Bragg grating as an in-fiber reflective mirror. The amplitude of the measurand is determined by the low coherence interferometry while the value of the measurand is measured by the high coherence interferometry. Another optical fiber Michelson interferometer which is incorporated with the one performing measurement task stabilizes the sensing system for on-line measurement by exploiting an electronic feedback loop to reduce the influences that are resulted from environmental disturbances. The measurement range is 6 mm and the measurement uncertainty is less than 2 nm.     

Simultaneous measurement of humidity and temperature using a polyvinyl alcohol tapered fiber bragg grating

An optical fiber sensor based on a multimode tapered fiber cascading fiber Bragg grating has been proposed and experimentally demonstrated for the simultaneous measurement of humidity and temperature. The sensor was constructed using a tapered fiber that was coated with polyvinyl alcohol and a fiber Bragg grating with high reflectivity. The measurement of humidity and temperature was achieved by monitoring changes in reflective optical power and spectral shift, respectively. Due to the different measurement methods, the effect of temperature on humidity measurement may be ignored. The theoretical analysis and experimental results show that the highest sensitivities of 0.33 µW/%RH and 10.9?pm/°C were achieved when the diameter of the taper waist was 26?µm and the thickness of coating was 3.3?µm. Due to the advantages of good linearity, low cost of fabrication and convenient operation, the proposed sensor is promising for simultaneously measuring humidity and temperature.     

水下航行器光学隐蔽深度测量系统

为了实现对水下航行器光学隐蔽深度的实时测量,研制了水下航行器光学隐蔽深度测量系统。根据目标背景对比度的传输理论,分析了目标背景对比度在海水、大气、海面的传输特性,建立了水下航行器光学隐蔽深度模型。基于该模型分析了测量水下航行器光学隐蔽深度所需要的参数,设计了测量海水上行辐照度、海水下行辐照度、海水体衰减性系数、海水漫衰减性系数和水下航行器表面反射率的测量方法,并完成一次海上试验。试验测得良好天气情况下特征尺度为12m的水下航行器的光学隐蔽深度为25~35m。试验结果表明,设计的测量系统可以实现对水下航行器光学隐蔽深度测量,并适用于各类潜艇。由于改变了传统的在水面进行深度测量的方式,该系统工作稳定可靠,提高了隐蔽性和对海域测量的准度,可为水下作战决策提供帮助。     

智能变电站中OTDR系统激光脉冲电路的设计及应用

针对智能变电站的光纤通信延时测量问题,对智能变电站中OTDR的工作原理和光源器件进行了研究,分析了激光脉冲频率和脉宽对系统性能的影响。根据激光二极管的发光机理与特点设计出了一套基于STM32控制单元的适合智能变电站中OTDR工作的激光驱动电路,重点分析了驱动电路中的调制电流,考虑了驱动电路对激光器的保护,并利用所设计的激光驱动电路搭建了简易OTDR观察光纤的损耗特性。研究结果表明,该电路可扩大激光脉冲频率和脉宽的调整范围,实现激光脉冲宽度最小可达300 ns,脉冲频率最大为50 KHz,激光发射功率为3 MW;通过实验,验证了光在光纤中的衰减特性,证实了该电路能满足实际智能变电站中OTDR工作所需,具有一定的参考价值。     

Optical temperature sensor based on ZnO thin film's temperature-dependent optical properties

A reflective fiber temperature sensor system based on the ZnO thin film is proposed. The transmittance spectra and temperature dependent optical property of the sensing head with ZnO thin film is investigated theoretically and experimentally, and the temperature resolution of ～1?°C is obtained in the temperature region of 300-773 K. The temperature sensing system is only related to the wavelength shift of transmittance spectra, and has a high stability without depending on the incident light intensity. This research results also indicate a fiber optical sensor with a broad temperature measurement range (10-1800 K) can be gained as a promising temperature sensing device, and can be applied into some extremely environments, such as aircraft, nuclear power station and power transmission system, and so on.     

一种反射式光纤传感器的研究

为了解决传统的单端输出Y型分支结构的反射式光纤传感器易受入射光强变化、被测表面形貌不同等因素影响的问题,作者研制了一种具有两个输出端的新结构光纤传感器,并对该光纤传感器在精加工表面上的光反射特性进行了理论分析和实验研究。研究结果表明,光纤测头两输出信号之比与测量距离的变化有较好的线性关系,并能显著减少光源发光强度波动及被测表面粗糙度对位移测量结果的影响,从而有利于提高抗干扰能力和测量精度。因此,这是一种性能比较优越的非接触式微位移传感器。