基于全光纤自混合干涉技术的微振动测量研究

为了解决自由空间自混合干涉测量系统工作距离短、易受环境干扰等不足,采用全光纤传光、光纤自聚焦透镜收集反馈光,设计了一套全光纤自混合干涉测量系统;建立了反射面为镜面时自聚焦透镜收集效率的理论模型,在理论上论证了全光纤自混合干涉测量系统的可行性;最后搭建了全光纤自混合干涉测量系统,并以铝膜作为反射面,进行了微振动实验研究.结果表明,该系统能获得较好的实验信号,可以解决自由空间自混合干涉测量系统工作距离短、易受环境干扰等问题.     

光纤耦合器的差频特性及其应用

通过对 2× 2光纤耦合器的差频特性分析 ,设计了一种结构新型的、可用于校正干涉信号畸变分量的全光纤干涉系统 ,该系统在振动特性测试和语音信号的全光纤采集、光纤的长度测量等方面具有广阔的应用前景     

基于双光纤光栅的加速度传感探头结构的设计

分布式光纤光栅加速度传感技术对微弱振动测量分析及其故障诊断具有重要的实用价值。采用副载波调频、波分复用技术提出了一种分布式光纤布喇格光栅加速度测量系统,并进行了基于双光纤布喇格光栅的加速度传感探头结构的设计。该传感探头具有尺寸小,质量轻,不受电磁干扰等优点,有较高的测量灵敏度和分辨率,而且能自动消除温度噪声和相位噪声的影响。     

移频延时自外差法的DFB激光器线宽测量

为了测量分布反馈（DFB）单模半导体激光器线宽,采用一种新颖的基于马赫-曾德尔干涉结构的光纤自外差测量方案,设计了一套全光纤延时自外差法测量系统,并进行了理论分析。在此基础上搭建了延时光纤长度分别为900m,3000m和6000m的窄带线宽测量系统,对实验室一台中心波长为1550nm、标称线宽值为800kHz的DFB单模半导体激光器光源进行了测试,测得激光器线宽值分别为951.566kHz,832.471kHz和802.221kHz,并对所设计的方案进行了模拟仿真验证。结果表明,与模拟仿真结果作对比,延时光纤长度为6000m时的窄带线宽测量系统最优,其误差在3%之内,证明了所用自外差干涉原理的合理性和准确性。全光纤移频延时自外差法对测量DFB激光器线宽具有优越性和重要的实用价值。     

基于SCBSS信号处理技术的SMS多参量光纤传感系统

基于单通道盲信号分离技术(Single Channel Blind Source Separation,SCBSS)及单模-多模-单模(Single-mode-Multimode-Single-mode,SMS)光纤结构的模间干涉理论,提出了一种多参量光纤传感技术,实现了振动与应力、振动与温度的同时测量。在振动与应力同时测量时,振动频率误差为0.17 Hz,分离出的应力信号与实验操作吻合。在振动与线性降温、自然升温同时测量实验中,振动频率误差均在0.60 Hz以内。线性降温时,温度误差在7.13%以内;自然升温时,温度误差在8.03%以内。该方法结构简单,成本低廉,精度高,可推广用于其他光纤传感系统,实现多参量同时测量。     

应用于石油测井的新型光纤干涉流量计的研究

提出一种新型非浸入式测量光纤干涉流量计,当流体流过管壁时可由湍流产生振动,紧密缠绕在油管外壁的光纤能够感应振动信息,通过管壁振动频率特性范围内确定出的由湍流诱发管壁振动加速度脉动值标准方差与平均流量的量化关系,即可求解出相应的流量。目前实验完成了5～60m3/h的较大流量量程的监测,测量精度为±5%FS,为下一步进行小流量量程监测提供良好的基础。     

高双折射保偏光纤拍长测试及Mueller矩阵分析

为了测量高双折射保偏光纤的拍长,采用偏光干涉效应的方法,构建由宽谱光源、带保偏尾纤的起偏器和光谱分析仪组成的全光纤光路测试系统。从理论上用Mueller传输矩阵方法推导了到达光谱仪的光强公式,利用该方法构建实验系统对熊猫型保偏光纤的拍长进行了测试,获得了该保偏光纤拍长的测量数据。结果表明,由待测保偏光纤的偏光干涉效应引起的光强波动以一定的周期间隔表现在光谱变化上,波动的相对幅度与待测保偏光纤主轴与起偏器的保偏尾纤主轴夹角有关,当夹角均为±45°时波动的相对幅度最大。只要在实验中测量出光谱波动的周期,就能够根据理论计算出给定波长处的保偏光纤的拍长。     

同时测量应力、温度和振频的光纤传感器

论述了为对结构的正常监控而利用光纤传感系统同时测量应力、温度和振动的新颖技术.该测量系统包含2个光学系统:一为波扫描的光纤激光器(WSFL)系统,一为利用波分多路调制器(WDM)的激光二极管系统.利用WSFL的光纤布拉格光栅(FBG)和非固有的法布里-珀罗(Fabry-pevot)干涉器(EFPI),组成混合传感系统(FBG/EFPI).借助于上述测量系统,可同时测量应力、温度和振动频率.     

悬臂梁光纤振动传感器的振动光调制模型

本文就采用弹性悬臂梁为振敏体的光纤加速度传感器研究中的关键性理论问题,即振动加速度对光强的调制的理论问题,利用连接器耦合理论推导出了完整的动态解析模型。套用此理论模型可方便地实现光纤振动传感器的计算机仿真和CAD。该模型还是光纤加速度传感系统信号处理的理论依据并可推广应用于其它光纤振动传感器的研究中。文中给出了利用计算机模拟出来的结果。     

全光纤多普勒测速系统的研究

为了验证全光纤多普勒测速系统的低速响应能力,采用窄带光纤激光器、准直透镜等器件搭建了一套迈克尔逊干涉仪结构的全光纤多普勒测速系统,分析了其测速的基本原理,并对喇叭振动进行了测试。采用快速傅里叶变换对信号进行处理,解调结果表明,该系统对低速响应灵敏,能够有效地测量出喇叭膜片振动速度,最低可测速度在1mm/s以下,速度分辨率可达0.1mm/s。     

金属环封装低频光纤布拉格光栅振动传感系统研制

研制了一种金属环封装的单柱体芯轴式光纤布拉格光栅(FBG)振动传感器,搭建了基于非平衡迈克耳逊干涉仪相位载波调制(PGC)解调技术的FBG振动传感器解调系统,实现了低频振动信号的高精度实时解调,并分析了各参数对传感器谐振频率和灵敏度等特性的影响。实验结果表明,研制的FBG振动传感器谐振频率为388Hz,在10～200Hz频率范围内,传感器的加速度灵敏度约为81pm/g,且加速度响应平坦,起伏小于1dB,与理论分析结果基本一致。研制的振动传感器可实现200Hz以下低频振动信号的实时检测,解调系统的波长检测精度为1.07×10-3 pm,最小可检测加速度为1.3×10-5 g。     

基于激光干涉法的谐振式高加速度振动传感器校准技术研究

校准是保证振动传感器测量结果准确和可靠的重要手段.针对传统中频校准装置无法提供高加速度振动激励以及高加速度振动量值无法溯源的问题,开展基于激光干涉法的谐振式高加速度振动传感器校准技术研究.基于谐振原理建立谐振式高加速度振动发生装置,实现高加速度振动发生;建立外差激光干涉法绝对振动校准系统,通过对外差激光干涉信号的直接采...     

超短脉冲激光烧蚀冲量耦合测量方法

超短脉冲激光烧蚀靶材产生的冲量耦合效应在激光烧蚀微推力器、激光清除空间碎片等航天应用中有广泛的应用前景,而高精度的冲量测量方法是研究冲量耦合效应的必须手段。采用基于激光干涉法的扭摆系统测量激光烧蚀靶材产生的冲量,并构建测量系统。研究扭摆系统纵轴振动和初始误差角对冲量测量产生的影响,扭摆系统纵轴高频振动导致了激光干涉条纹间距出现不均匀现象;此外,扭摆初始误差角越大,明条纹出现时间将前移,条纹数目变大,导致测量系统精度不高。通过建立的附加高频振动和初始误差角的误差分析模型,提出了基于最小二乘法的实验数据分析方法,该方法能够有效滤除高频测量噪声,解决了冲量测量精度不高的问题,进一步完善了冲量测量方法。     

Micro-vibration parameters fast demodulation algorithm and experiment of self-mixing interference

Self-mixing interference （SMI） technique can be used for measuring vibration, displacement, velocity and absolute distance. In this paper, a simple demodulation algorithm for fast measuring frequency and amplitude of a simple harmonic vibration target is proposed based on the basic theoretical model of self-mixing interference effects. The simulative results show that the error between the vibration parameters which are demodulated by this algorithm and initial settings merely results from the sample rate. Further, the experimental system of self-mixing vibration measurement is built. The experimental results have a good agreement with simulation analyses. The maximum error of frequency demodulation is less than 1 Hz in our experiment.     

半导体激光微小振动实时反馈式干涉测量仪

提出了一种带有反馈系统的半导体激光正弦相位调制干涉仪。该干涉仪可以实现对微小振动的高精度实时测量。通过一个简单的信号处理系统对干涉信号进行分析 ,获得实际振动的振幅和频率。由于引入反馈系统 ,减低了测量误差 ,排除了环境噪声的影响。给出了具体的理论分析和实验结果     

基于条纹投射和正弦相位调制的表面形貌测量系统

基于条纹投射和正弦相位调制技术,提出了一种用于测量物体表面三维形貌信息的光纤干涉系统。通过杨氏双孔结构实现了条纹投射,并以余弦电压信号驱动压电陶瓷实现正弦相位调制。为了消除机械振动、温度波动等外部干扰,采用相位控制系统对相位漂移进行检测,并生成实时相位补偿信号。补偿后相位误差可达6.8 mrad,从而获得高精度的干涉条纹相位稳定度。对待测件的表面轮廓连续测量两次,时间间隔为10 min,测量重复度达到0.05波长。实验结果证明:该系统能够实现较高精度的表面形貌测量。     

基于数字全息干涉的微振动区域多点同步实时测量

为满足工程应用中对物体微振动进行区域多点同 步实时测量的需求,基于数字 全息干涉理论提出一种微振动区 域多点同步实时测量方法,构建了一套微振动多点同步测量系统。通过对高速采集的全息图 进行局部解算,采用快速振幅解算 算法,从全息图中实时提取振动表面的振动信息,实现了在较高频率下对物体表面进行nm 量级的微振动区域多点实时测量。 通过测量经高精度多普勒振动测量仪校准后的耳机振膜振动情况,对系统进行了实验验证 。实验结果表明,系统能够实时获取 物体表面的微振动信息,可同时提取任意点进行同步实时振动测量,在100～2400Hz频段内测量精度较高,平均误差为3.7%,测量区域内各点测量精度相同。     

一种提高悬臂粱振动参数测量技术的研究

正弦相位调制干涉测量技术是一种高精度光学测量技术,可用于MEMS振动、振动分布、位移等物理量的测量。本文提出一种提高悬臂粱振动参数测量精度的方法,并分析了测量原理。该方法通过反馈控制回路消除了外界干扰和光强调制对测量精度的影响,并以纳米精度对悬臂粱的振动进行了检测,可得到悬臂粱在光激励下发生振动的相关振动特性参数。     

利用激光多普勒外差原理对振动物体测量及分析

为了测量低频振动物体频率和振幅,采用激光多普勒测量和外差相干检测方法,建立一个利用激光外差干涉技术测量多普勒效应的实验,进行了理论分析和实验验证,取得了频率标准偏差数据。结果表明,系统检测物体振动频率,并对振源频率500Hz进行测量并且验证有效性,测量标准偏差小于5.610-8;系统信号探测强度和物体振幅呈线性关系,证明随压电陶瓷电压降低探测振幅强度减小。这一结果对了解振动目标特性是有帮助的。     

用于周界安防的光纤光栅振动传感系统研究

基于光纤光栅传感理论设计了一种应用于周界安防的低频振动传感器.采用商用解调仪OPD4000对传感器的灵敏度进行了测试,在10～100 Hz频率范围内,传感器灵敏度高于1 000 pm/g.基于非平衡迈克尔逊干涉仪相位载波调制(PGC)解调技术搭建了一套光栅传感器解调系统,实现对传感器低频振动信号的高精度实时解调,使得该系统可广泛应用于机场、监狱、油库、核场所等重要区域的周界安防中.