迟滞和蠕变补偿的F-P滤波器波长解调方法研究

在光纤布拉格光栅(Fiber Bragg grating, FBG)的波长解调方法中,可调谐法布里-珀罗(Fabry Perot, F-P)滤 波器解调法使用较多,但F-P滤波器中锆钛酸铅压电陶瓷（Pb(Zr1xTix)O3,PZT）的迟滞和蠕变使F-P滤波器输出波长随时间非线性变化,带来波长解调误差大、传感检测精 度低的问题。本文从研究F-P滤波器中的PZT迟滞和蠕变特性入手,提出了一种基于热标准具与PZT迟滞和蠕变补偿控制的F-P滤波器解调方法。控制PZT的驱动电压随时间非线性改变,使宽带光源经过F-P滤波器输出的波长能随时间等间隔变化,获得了随时间线性变化的标准具透射谱峰值波长,作为波长标尺的“刻度线”,为解调传感光栅的波长提供精确的波长基准。利用FBG测温的实验结果表明,本文提出的方法与未进行迟滞和蠕变补偿控制的方法相比 ,温度测量精度提高约20倍,温度测量误差小于0.5 ℃。     

分段FFT算法在FBG传感器信号解调中的应用

针对光纤B ragg光栅(FBG)传感器信号解调实时性较差,且当2个信号波形发生部分重叠时波长不能被检测的问题,提出了利用F-P可调谐滤波器,采用分段FFT的快速相关算法。此算法具有运算量小、效率高的优点,达到信号实时处理的目的。通过MATLAB大量仿真实验,证明可以有效解决波形部分重叠问题。     

基于光子晶体光纤F-P腔的高压电器温度传感器系统

基于光子晶体光纤F-P的窄带滤波特性和液晶折射率对温度变化敏感特性,提出了一种用于高压电器温度测量的温度传感器系统.该系统主要由液晶填充的光子晶体光纤F-P腔传感器、光纤F-P滤波器、放大电路和显示模块组成.将向列型液晶填充在光子晶体光纤F-P腔内,温度变化引起最大反射光强点波长的变化,采用光纤F-P腔滤波器解调出光波...     

光纤Bragg光栅校准可调谐F-P滤波器解调系统的研究

基于可调谐光纤(TF)Fabry-Pent(F-P)滤波扫描传感光纤Bragg光栅(FBG)反射的原理,针对可调谐光纤F-P滤波器的透射波长与驱动电压的非线性与不重复性,提出一种新颖的利用置于恒温箱内的FBG来提供波长参考,得到光纤F-P滤波器小范围内的电压—波长线性关系,对一温度传感器进行了试验检测,在30~130℃范围内,系统的平均偏差为0.52℃。     

基于最小二乘法的光纤光栅Bragg波长直线拟合

针对基于可调谐法布里珀罗(F-P)滤波器的光纤光栅解调系统存在波长解调准确度不够高的问题,从理论上系统地分析了在解调过程中对光纤光栅B ragg波长进行直线拟合的可行性,即光纤光栅B ragg波长与F-P滤波器的调谐电压之间存在线性相关性。在实验研究的基础上,用最小二乘法对光纤光栅B ragg波长和F-P滤波器的调谐电压进行直线拟合,结果表明:它们之间的确存在密切的线性相关性。为提高拟合的效果,提出了分段直线拟合,它可以使测量误差降低至少1个数量级,从而提高了F-P滤波器光纤光栅解调系统的准确度。     

碳纤维复合材料冲击响应监测及定位

采用光纤布拉格光栅(FBG)传感器,对T700碳纤维复合材料板上的低速冲击信号进行实时监测及定位。利用FBG传感器波分复用的传感方式,在13 200 Hz的采集速度下测得复合材料板上不同位置处的应变时域信号,并根据其应变模态来初步判断冲击位置。在此基础上,利用三角函数对应变时域信号的起始周期进行拟合,得到不同位置处的FBG传感器测得的应变起始峰值在拟合后所对应的响应时刻,最后根据各个FBG传感器响应时刻的先后来进一步判断冲击位置。在采样速率不高的情况下,该方法能够有效地对冲击位置进行确定,简便快捷、实用性强,并且试验结果重复性很好。该冲击定位方法具有广阔的应用前景。     

F-P可调谐光滤波器的非线性校正在动态应变传感中的应用

对Fabry-Perot(F-P)可调谐光滤波器进行了非线性校正,实现了动态应变传感系统的优化设计,利用该系统完成了应变参量的动态检测与实时解调。本系统无需检测光栅反射谱的实际位置,仅需检测光栅反射谱的变化量即可实现应变量的传感解调。采用二次曲线拟合法对F-P可调谐光滤波器的驱动电压进行非线性校正,在50 nm范围内波长调谐的平均误差降低64.6%,最大误差降低33.8%。采用校正电压驱动F-P可调谐光滤波器进行动态应变传感时波长位置检测的误差降低64.3%。引入移位平均算法后,系统动态应变传感的灵敏度优于3με,实测应变量与理论计算结果之间的误差小于5%。     

基于光学小波滤波的光纤光栅传感解调方法的研究

采用连续波调频、波分复用技术提出了一种分布式FBG加速度测量系.针对分布式传感系统中的解调问题,设计了光学小波滤波器,有效地改善了非平衡、非线性光学信号的干扰,实现了光学波长绝对编码.该解调方法具有结构简单、扫描频率高、分辨率好、线性度好等优点.     

B/S模式的FBG信号远程监控系统设计

采用B/S结构作为监控系统的基本架构,开发了光纤Bragg光栅(FBG)远程监测系统.通过访问Web网络可以在浏览器界面查看FBG解调系统检测的FBG传感器数据.研究结果表明:通过查询2014年11月28日～2014年12月27日期间应变桩FBG应变传感器应变变化的时序曲线图与边坡上表面FBG位移传感器位移变化的时序曲线图,能够及时了解到不同监测对象的物理变化量.通过远程实时观察传感器数据信息,为工程的安全监测提供了依据.     

基于F-P原理的非本征型光纤爆炸动压传感器设计

设计了一种非本征型光纤法布里-珀罗(F-P)爆炸压力传感器,传感器采用膜片式结构,采用三波长法对F-P信号进行解调.压力加载试验表明,研制的F-P压力传感器线性度较好,具有较高的频响特性,在实际的爆炸测试中不受电磁干扰影响,可用于爆炸动压测量.     

光纤Bragg光栅温度传感器封装方法研究

封装方法的研究对于光纤光栅应用于温度传感有着重要的意义.封装后的光纤光栅温度传感器必须具备良好的线性度和重复性.提出了一种使用细钢管进行封装的新方法.研究中发现,在封装时通过给光纤光栅施加预张力可以使封装后的光纤光栅温度传感器具备良好的重复性.实验表明:采用此方法封装的光纤光栅温度传感器具有良好的线性度和重复性,具有实际应用价值.     

Feasibility study of the application of optical voltage and current sensors and an arrayed waveguide grating for aero-electrical systems

In this paper we present, for the first time, the hybrid fiber-optic voltage and current sensors interrogated using an arrayed waveguide grating (AWG) device. Due to the excellent dynamic capabilities of an AWG-based interrogator and its improved robustness, the proposed system would be suitable for voltage and current monitoring within an aircraft electrical system. The voltage sensor comprises a multilayer piezoelectric stack, acting as a voltage-to-strain transducer, and a fiber Bragg grating (FBG) used to convert voltage induced strain changes within the stack into wavelength shifts. These wavelength shifts are then analyzed by an AWG. To measure current, the same sensor type is used to monitor a specially designed ferrite-core current transformer. Alternatively, a magnetostrictive transducer is employed instead of piezoelectric stack. It is shown that the system is capable of measuring variable frequency of voltage and current waveforms, typical of those anticipated in the next generation aero-electric power systems. It is also demonstrated that the system can be used for voltage and current harmonic analysis and power quality measurement in such networks.     

基于LabVIEW的FBG温度传感器数据采集系统设计

针对光纤B ragg光栅(FBG)温度传感器实时监测过程中,对数据采集和处理的快速、准确的要求,提出了一种基于虚拟仪器技术的实时数据采集处理系统设计方案。该方案在首先考虑FBG温度传感器原理的基础上设计了数据采集处理系统,应用虚拟仪器软件LabVIEW语言编写程序,实现了对数据采集系统的控制与处理。对FBG温度传感器的实验测试表明:所设计的系统能够满足FBG传感器实时数据采集和处理的要求。     

光纤Bragg光栅压力传感特性研究

提出了以半导体硅材料作为光纤Bragg光栅(FBG)衬底的FBG压力传感密封型结构,并对其压力传感特性进行了研究,结果表明:FBG的中心反射波长漂移对压力呈现良好的线性响应特性,在0~35MPa的测压范围内,压力调谐灵敏度为0.034 nm/MPa,有良好的机械性能和稳定性能。通过对实验数据的拟合分析表明:采用这种材料,其中心波长和压力变化有着好的线性拟合度和重复性,且迟滞很小,它们的相关系数都达到0.99,在光传感领域具有实用价值。     

变宽度悬臂梁的FBG流速传感器

通过对光纤传感器进行设计,提出了一种基于变宽度悬臂梁的光纤(Bragg)光栅(FBG)流速传感器.传感部分由不锈钢材质的悬臂梁和粘贴在其特定位置上的FBG构成,悬臂梁采用等腰梯形和矩形相结合的外形结构设计,传感头两部分之间的衔接不需要用销子固定,整个传感头浑然一体,无额外附加重量,制作方法简易,且实验设置参考光栅,实验结果不受温度变化的影响.实验表明:传感器的Bragg波长漂移量与流速变化有很好的线性关系,传感器的灵敏度为0.025 m/s.可测流速范围为0～2 m/s,传感器不仅实现了对温度的补偿,而且提高了测量精度、灵敏度.     

埋入式FBG混凝土应变传感器特性研究

光纤光栅传感技术在混凝土结构健康监测中具有广泛应用前景。研究了一种埋入式光纤光栅混凝土应变传感器,从力学角度理论分析了埋入式光纤光栅应变传感器的工作原理,并对传感器的结构和制作工艺上展开了详细的分析和有限元验证,并对传感器的性能进行了试验研究,试验结果表明:该结构的传感器具有较好的重复性、一致性和温度补偿特性。     

增敏微型FBG应变传感器设计

提出了一种两端夹持套管封装的光纤Bragg光栅(FBG)应变传感器,其结构包括光纤光栅、夹持套管、尾纤3部分,夹持套管封装的传感器尺寸小,可以改变灵敏度系数,测量精度高,适用于应变较小、受尺寸限制的室内模型试验.测试结果表明:增敏微型FBG应变传感器灵敏度高、低噪、稳定可靠,在标距范围内线性关系良好,线性度均达到0.999以上,制作工艺简单,具有很高的实用价值.     

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。     

一种复合材料封装光纤光栅片式应变传感器研究

设计了一种基于碳纤维复合材料封装的光纤Bragg光栅应变传感器,传感器采用片式封装,分析了传感器轴向应变分布与结构参数的关系,确定了其结构尺寸。试验研究表明:该传感器主要性能指标能满足混凝土应变测量的需要。     

基于FBG的机器人柔性触觉传感器

为了满足机器人与外界环境、对象发生接触及交互作用时的触觉感知需求,提出了一种基于光纤布拉格光栅（FBG）的柔性触觉传感器．该传感器采用3×3 FBG阵列作为柔性传感元件,聚二甲基硅氧烷（PDMS）材料构成双层柔性基体．介绍了传感器的传感原理并采用有限元方法对其弹性体进行力学仿真分析,基于标定实验平台完成该传感器的静态标定实验．传感器的空间分辨率为25mm,在10mm×10mm载荷施加单元下,对力的感知范围为0～7N,且传感器具有较好的线性度和灵敏度,重复性和一致性良好,力灵敏度为0.16nm/N．实验结果和分析研究都证明了柔性触觉传感器的可行性．该传感器与人体皮肤触感及结构极为相似,且布线简单、抗干扰能力强．