A Novel Temperature-Compensated, Intensity-Modulated Fiber Bragg Grating Sensor System

An intensity-modulated, fiber Bragg grating （FBG） sensor system based on radio-frequency （RF） signal measurement is presented. The RF signal is generated at a photodetector by two modulated optical signals reflected from the sensing FBG and a reference one. Bragg wavelength shift of the sensing FBG changes intensity of the RF signal by changing phase difference between the two optical signals, with temperature effect being compensated automatically by the reference FBG, Strain measurement with a maximum sensitivity of -0.34 μV/με has been achieved.     

OPM产生四倍频光载毫米波的双向ROF系统

提出一种采用单个光相位调制器(OPM)和光纤布拉格光栅(FBG)滤波器产生四倍频光载毫米波的双向光纤无线通信(ROF)系统。在中心站(CS),系统采用基带信号与射频(RF)信号混频后去驱动OPM,以产生抑制一阶边带的多边带光信号。在基站(BS),利用FBG滤波器将信号的重复频率增至4倍。实验结果显示,经过40km光纤传输后,下行链路信号的眼图清晰可见,功率代价小于1.6dB。本文方案中,由于没有额外增加激光源使得基站结构进一步简化,同时四倍频技术降低了RF信号的频率,系统成本大大降低。     

基于扫描激光器和光放大的100 km光纤布拉格光栅传感系统

提出了对基于扫描激光器的光纤布拉格光栅(FBG)传感系统进行掺铒光纤(EDF)/双波拉曼混合放大的方法,大幅度提高了该光纤布拉格光栅传感系统的传输距离。该方法以高功率扫描激光器作为光源,采用双波长拉曼放大的方法对信号进行低噪声双向放大,再利用系统中间的两段掺铒光纤,将剩余的拉曼抽运功率用来产生自发辐射光和放大传感信号,使得整个系统能在超长的传感距离上获得良好的信噪比(SNR)。实验表明使用一台扫描激光传感分析仪、一只170mW的拉曼抽运和一只2W的拉曼抽运,可以使传感距离达到100km以上,并且传感系统的光纤布拉格光栅反射信号均能获得超过7dB的良好信噪比,从而实现在超长距离上的光纤布拉格光栅传感。     

基于线型腔拉曼光纤激光器的长距离光纤布拉格光栅传感

提出了一种基于线型腔拉曼光纤激光器的长距离分布式光纤布拉格光栅(FBG)传感解调系统,并进行了理论分析和实验验证。传感光纤布拉格光栅构成拉曼光纤激光器腔镜的一端,受一维调节器调节控制的匹配光纤布拉格光栅构成腔镜的另一端。一维调节器与步进电机相连,步进电机由计算机(PC)通过可编程逻辑控制器(PLC)进行控制,一维调节器通过调节匹配光纤布拉格光栅的周期来控制激光器的输出。实验结果表明,传感解调系统能很好地实现长距离分布式传感及传感信号的检测。30 km非归零色散位移光纤(NZDSF)用于拉曼增益可以产生信噪比大于40 dB的稳定拉曼激光输出,在4.2 nm范围内系统解调精度为0.05 nm。     

High-Frequency Fiber Bragg Grating Sensing Interrogation System Using Sagnac-Loop-Based Microwave Photonic Filtering

A novel high-frequency fiber Bragg grating (FBG) sensing interrogation system by using fiber Sagnac-loop-based microwave photonic filtering is proposed and experimentally demonstrated. By adopting the microwave photonic filtering, the wavelength shift of sensing FBG can be converted into amplitude variation of the modulated electronic radio-frequency (RF) signal. In the experiment, the strain applied onto the sensing FBG has been demodulated by measuring the intensity of the recovered RF signal, and by modulating the RF signal with different frequencies, different interrogation sensitivities can be achieved.      

基于光纤布拉格光栅的涡街流量传感技术研究

流量是科学研究及工业生产中的一项重要参数。在众多流量测量仪表中,涡街流量计是一种常用类型。由于光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)具有灵敏度高、体积小和抗电磁干扰强等特点,基于FBG的涡街流量传感技术具有重要研究意义。概述了FBG涡街流量传感机理,分析了涡街发生体下游的流体状态与升力变化。从已有研究成果入手,分析提炼了基本型涡街发生体作用下的旋涡属性、涡街信号处理、消除管道振动和小流量测量四个关键性问题。最后,总结并展望了该项技术利用光学方法抑制干扰信号、小口径管道涡街流量测量和FBG传感封装与增敏三个方面,还提出了未来可能发展的研究方向,以期发展新型涡街流量计。     

基于叠印啁啾光纤布拉格光栅的宽谱微波光子信道化接收方法

提出了利用叠印啁啾光纤布拉格光栅(S-CFBG)实现宽谱微波信号光子信道化接收的方法。利用一个S-CFBG产生光频梳(OFC),接收的微波信号被强度调制器调制到OFC的各个载波上。第二个S-CFBG对不同的边带进行滤波,利用波分复用(WDM)解复用器进行信道分离,实现对宽谱微波信号频率的实时测量。该方法还可以同时检测不同射频(RF)载波上所携带的数据信息,无需传统的电本振源阵列,简化了系统结构。建立了测量范围为0～20GHz,测量精度为0.5GHz的宽谱微波信号信道化接收仿真系统。实现了不同RF频率上携带信息的实时同步检测,并对接收误码性能进行了分析。     

基于布里渊损耗的单端分布式光纤传感系统研究

基于布里渊散射的分布式光纤传感系统以其可在整根光纤中同时得到被测量场在时间和空间上的连续分布信息,进而成为传感领域国内外研究的热点。针对传统的布里渊光时域分析分布式传感器只能双端入射且成本较高的缺陷,探索性地提出了一种新型的单端布里渊损耗光时域分析传感结构。采用一台窄线宽激光器作为唯一光源,应用铌酸锂电光强度调制器调制入射光产生频移可调的脉冲泵浦光,与经过光纤布拉格光栅反射的连续探测光进行布里渊散射放大效应。通过检测探测光光功率,采用洛伦兹和高斯函数线性权重谱和Levenberg-Marquardt算法得到了不同脉宽下整根光纤布里渊损耗谱。实验结果初步证明了这种传感结构对于分布式测量是可行的,对单端BOTDA的研制具有一定的供参考价值。     

Light intensity-referred and temperature-insensitive fiber Bragg grating dynamic pressure sensor

Temperature-insensitive fiber Bragg grating (FBG) dynamic pressure sensing based on reflection spectrum bandwidth modulation and differential optical power detection is proposed and experimentally demonstrated. A special double-hole cantilever beam is designed to induce linear strain-gradient distribution along the sensing FBG, resulting in FBG reflection spectrum symmetrical broadening and optical power increase.Based on the theory of optical waveguide and material mechanics, the causation of FBG spectrum broadening under the linear strain-gradient is analyzed, and the corresponding force-to-bandwidth broadening relation and force-to-optical power relation are formulized. FBG spectrum bandwidth and reflection optical power linearly change with applied pressure and both of them are insensitive to spatially uniform temperature variations.For a temperature range from -10℃ to 80℃, the measured pressure fluctuates less than 1.8% F.S.(120 kPa) without any temperature compensation. The system acquisition time is up to about 80 Hz for dynamic pressure measurement.     

基于改进正交匹配追踪的FBG传感信号处理方法

针对光纤布拉格光栅(FBG)传感信号易受外界噪声干扰从而导致信号丢失的问题,提出了一种改进型正交匹配追踪(OMP)算法。围绕FBG传感信号波长随应力漂移的本质特征,在压缩感知理论的框架下,通过去除稀疏系数中的虚部,并利用指数饱和法对非零元素进行拟合与排序,从而获取FBG信号的有效稀疏度。在此基础上,通过改进经典OMP算法迭代过程中的原子选择策略与终止条件,有效降低算法复杂度并提高信号的重构精度。对比实验结果表明,所提出的算法在时间复杂度、信噪比与信号重构精度等方面均具有突出的优势。     

FBG位移和温度双参量传感实验研究

采用一种新颖的等强度梁FBG传感结构，将光纤光栅沿梁的轴向粘贴在传感梁上，并确保光栅的一半粘贴在梁上，另一半则沿梁的轴向呈自由状态。通过两部分光栅对梁自由端位移和环境温度的不同响应，实现温度和位移的同时测量，测量误差不大于4％。通过多次实验验证，所得实验结果与理论分析相符合。     

基于FBG的CH4浓度传感系统

提出了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)的新型CH4浓度传感方案.利用CH4催化元件将CH4浓度信息转化为温度信息,并映射为FBG反射波长的漂移量.将自制的FBG封装成CH4传感器,并实验获得了FBG反射波长漂移量与环境CH4浓度的曲线.验证了采用传感FBG和参考FBG的斜边检测方案可提高系统检测分辨率和温度稳定性.     

FBG传感器微弱信号预处理

针对光纤Bragg光栅(FBG)传感器微弱信号,设计了一种具有电流电压转换,多级放大和滤波功能的低噪声光电信号预处理电路。仿真实验表明,该电路具有增益大、信噪比大、灵敏度高等特点,满足FBG传感系统的要求,可实现nW级微弱光信号检测。     

融合双波及单波干涉的光纤位移传感系统研究

研究一种融合双波长干涉及单波长干涉的大跨距高精度光纤位移传感系统。两种波长不同的光波同时作用于光纤干涉仪中,基于波分复用技术,利用光纤光栅分离双波长干涉信号和单波长干涉信号。利用双波长干涉信号决定被测位移的幅值,使最大测量跨距扩大至毫米量级。在本系统选定的两个激光波长(分别为1 557.32nm和1 558.52nm)下,最大测距为0.5mm,通过恰当地选用传感系统中的两个激光波长,可获得更大的测距范围;利用单波长干涉信号高精度地测量位移,使系统保持单波长干涉测量精度高的优点。     

一种对温度不敏感的光纤布拉格光栅加速度计

提出了一种新型的基于光纤布拉格光栅(FBG)反射带宽和反射光功率测量的加速度计,其是将单根FBG斜向粘贴在矩形简支梁侧面构成的,通过在简支梁中间粘贴重物感应竖直方向的加速度,通过梁的弯曲改变FBG反射带宽和反射光功率。实验结果表明:FBG的反射带宽具有很好的线性响应,其测量范围可达到8g,因带宽展宽造成FBG的反射率降低,因此反射光功率的线性响应范围只有4g;带宽和功率灵敏度分别为0.4nm/g和4.57μW/g;由于温度仅改变FBG的布拉格波长,而对其反射带宽和光功率几乎没有影响,所以加速度计对温度变化不敏感。     

基于单MZM和FBG的10倍频抑制载波RoF系统

为优化光载无线通信系统(RoF)结构,提出了一种基于单马赫曾德尔外调制器(MZM)和光纤布拉格光栅(FBG)的10倍频抑制载波RoF系统实现方案。通过设置射频驱动信号幅度和MZM偏置电压抑制主载波和偶数阶边带,结合FBG滤波功能,最终实现10倍频RoF毫米波信号。理论推导了10倍频毫米波信号实现机理,优化了FBG带宽及反射率,实验结果表明该新型RoF系统传输20 km后功率代价为1.66 dB。     

基于可调谐FP滤波器的光纤光栅解调系统

为了进一步提高光纤光栅解调系统的性能,提出和研究了一种新颖的基于可调谐F-P(Fabry-Perot)滤波器的光纤光栅解调技术,并以此为基础构建了探测系统。系统使用一个固定波长的参考光纤光栅作为波长参考元件,通过对传感光纤光栅与参考光纤光栅的波长测量与差值运算,消除了可调谐FP滤波器腔长漂移对测量精度的影响。给出压电陶瓷电压对应的伸长量,有效地减小了压电陶瓷非线性对测量的影响,提高了光纤光栅波长的测量精度。在测量范围内,最大非线性偏差为0.5%。     

FBG传感信号数字化可调谐F-P滤波器解调技术研究

为进一步提高光纤光栅(FBG)解调系统的性能,提出并实现了基于FPGA逻辑控制的可调谐F-P滤波(TFFP)FBG传感数字化解调系统.重点介绍基于TFFP解调技术的工作原理,并给出了此解调系统硬件设计的系统框图.解调实验结果表明,通过与光谱仪的测量数据比较,此解调系统达到了预期的目标,经标定后系统的分辨率达1 pm,动...     

基于波分复用的光纤多防区周界传感系统

提出了一种新的光纤多防区周界传感系统,采用波分复用技术实现了监控防区和通道的扩展。该系统对传统采用单根传感光纤和反射镜的结构作了改进,并扩展了传感光纤的数量,将多根传感光纤分别置于监控领域内的不同防区,每个防区分别用不同中心波长的光纤布拉格光栅作为反射装置,使每根传感光纤工作在不同的波长。利用波分复用器件与技术,多根传感光纤共用一套干涉系统,实现了多个干涉子系统同时、独立的监测。实验结果表明,该系统可以实现多个分散防区同时、独立的入侵检测和定位,信号响应时间小于1ms,不同防区间信号的串扰小于-20dB。     

改进的小波变换用于处理FBG信号

解调系统是光纤布拉格光栅（FBG）传感技术的核心。信号去噪和峰值搜索是影响FBG 传感系统精确解调的两个重要因素。为提高测量精度,文中针对传统方法存在的缺陷,提出了一种新的FBG 波长解调方法,此解调方法由一种改进的去噪方法与高斯拟合寻峰算法组成。采用平移不变量小波与文中提出的改进阈值和改进阈值函数相结合的方法来处理FBG 含噪信号;然后采用高斯拟合寻峰算法对去噪信号作进一步解调。实验结果表明,改进阈值的平移不变量小波能处理不同的FBG 含噪信号,该方法获得的信噪比和均方差性能优于传统小波阈值去噪法以及其他改进的小波去噪法;该改进小波的波长解调方法测量的峰值误差低于1pm,比常用的波长解调方法具有更高的测量精度。