基于ZigBee的家居环境监测系统设计

为了对室内的温湿度、CO2、CO、粉尘含量等环境参数进行自动化监测,本文采用zigbee无线传感网技术,结合PC机上位机及GPRS通信,搭建了一套能够实时监测家居环境状况的多路传感器数据监测系统。当某一项参数含量超过预先设定的阈值时,GPRS模块会利用GSM网路中的短消息业务（SMS）将报警信息发送到手机端,从而实现无线远程监测。     

基于结构化FBG传感阵列的温度及折射率测量研究

基于模式耦合理论,使用结构化光纤Bragg光栅(FBG)对蔗糖溶液温度和介质折射率进行测量,解决了外部介质折射率参数对温度测量的交叉影响。同时采用FBG传感矩阵进行分布式测量,可实现对非均匀溶液的温度和折射率测量。采用结构化FBG传感阵列的方式,实现了具有温度补偿功能的介质折射率分布式测量方案。温度测量灵敏度达到8.5pm/℃,介质折射率测量灵敏度达到5.42nm/riu。因此,采用结构化FBG传感矩阵对于解决化学生物传感器的多参数交叉影响和实现分布式测量具有一定意义。     

基于单膜片FBG的加速度传感器优化设计

提出了一种基于单膜片全粘封装的光纤布拉格光 栅(FBG)加速度传感模型。首先,理论分 析了其传感原理,并优化了最佳加速度灵敏度,深入分析和讨论了该模型的加速度灵敏度的 频率响应。然后,基于该模型设计了 FBG加速度传感器,实验研究了加速度的幅频响应特性、谐振频率和加速度的线性响应。结 果表明:在小于共振频率的低频段 具有较好的平坦区,加速度与波长具有较好的线性关系,线性度为99.8%,加速度响应灵敏度为36.6pm/G,实验值与理论值得的 相对误差为3.68%;实验研究了传感器的横向抗干扰能力,交叉灵敏 度小于1.3%,表明基于该模型的FBG加速度传 感器具有较好的响应特性。     

基于分布式FBG的智能家居环境测控系统研究

基于分布式光纤布拉格光栅(FBG)的分布式测量以及FBG的测量精度高、体积小、不易腐蚀等优点,将其应用于智能家居环境监测进行研究.系统中采用可调谐F-P(Fabry-Perot)滤波法解调原理,利用可编程逻辑器件FPGA设计了一种结构简单、解调速度快、可实时测量的光纤光栅解调系统,实现了对家居环境的实时测量,并进行安全报警、温度自动调节等操作.仿真实验表明,系统测量精度和灵敏度高,运行稳定可靠,具有一定的实用价值和应用前景.     

基于长信号快速相关算法的FBG传感解调

针射光纤布拉格光栅（FBG）复用传感解调技术中光纤上复用光栅的数量问题,基于F-P滤波器,提出用长信号快速相关算法来检测波长移位的解调方法。通过MATLAB仿真和具体实验证明：该方法在实际中可以解决两波形部分（〈40％）重叠的问题,进而在光谱宽度、测量范围和光栅谱宽一定的条件下,使复用光栅的数量大大增加,同时测量精度可达到1pm。     

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.     

基于FBG的弹性波测量及其泄漏检测应用

为了利用光纤布喇格光栅(FBG)实现宽带弹性波的测量,提出了基于双FBGs+压电陶瓷（PZT）的解调方案。该方案使用宽带光源提供入射光,通过改变PZT的驱动电压,使其上粘贴的FBG的布喇格波长处在传感FBG的半峰宽处,形成FBG对。该方案具有成本低及工作点可动态调整等优点。通过实验验证了基于双FBGs+PZT的系统调节最佳工作点的方法,及利用该系统进行了连续弹性波测量和泄漏检测的实验。实验结果表明,该系统可以检测出8 kHz,58 kHz,98 kHz, 200 kHz的弹性波,且可以成功检测到气体管道泄漏产生的弹性波信号。     

基于聚酰亚胺材料的FBG湿度传感特性研究

提出了一种基于光纤布拉格光栅（FBG）侧面镀膜感湿的新型全光纤湿度计,选取具有高湿敏特性和线膨胀系数（9.432×10-5%RH）的改性聚酰亚胺（PI）作为湿敏材料。通过在FBG侧面涂覆5种不同厚度的PI薄膜,检测厚度对传感器灵敏度和响应时间的影响,实验结果与理论计算符合很好,通过测试,PI薄膜厚为21μm时,传感器的湿度灵敏度为2.67×10-6/%RH,响应时间小于8s,有很好的实际应用前景。     

FBG弯曲传感在滑坡预警监测中的应用研究

针对传统滑坡预警监测技术中存在的自动化程度 较低、测量精度不高,不易对边坡实现大面积和长 期可靠在线监测等不足,研究了采用光纤光栅(FBG)弯曲传感技术用于边坡表面形变及深 部位移测量的 结构原理及具体应用方式。在分析采用简支梁和悬臂梁两种结构实现FBG弯曲调谐原理 的基础上,选择具有不同中心波长的FBG进行串接后,粘贴于弹性杆件PVC管上,实验验 证了利用简支梁和悬臂 梁两种FBG弯曲调谐结构实现边坡表面形变及深部位移进行原理性测量的可行性。实验结果 表明,粘贴在 PVC管上不同位置的FBG的波长变化量与该位置的形变量有着明显的线性对应关系;两种结构 最大形变位 置的FBG测量灵敏度分别为0.245 nm/mm和0.166nm/mm;采用在PVC管两侧对称180°的位置粘贴 FBG的方法,可在提高FBG检测灵敏度的同时,解决FBG温度及应变的交叉敏感问题,消除环 境温度变化对FBG弯曲传感测量结果的 影响。     

基于FBG传感器的架空输电线覆冰监测方案的设计与实验

提出了一种基于光纤Bragg光栅(FBG)传感器的架空输电线路覆冰厚度监测方案,并进行了仿真分析和实验验证.利用覆冰后输电线路的形变牵引FBG应变传感器,综合考虑FBG的应变量、实时气候条件等多种因素,得出输电线路的覆冰厚度.实验结果表明,方案能监测到30 nm覆冰厚度,测量精度和灵敏度达到1 mm覆冰厚度,有效监测距...     

基于FBG和光频域反射技术的混合式光纤传感网研究

基于光纤Bragg光栅技术和光频域反射(OFDR)技术 ,构建了一个具有分立式传感子层和分布式传感器子层的双层结构混合式光纤传感网络。 在分立式传感子层中,FBG用于实现温度参量的传感;在分 布式传感子层中,采用OFDR方法解调光纤中的瑞利散射信息从而获得分布式的应 变参量。整个传感 网络共用同一个宽光谱可调谐激光光源,分立式子层和分布式子层两者协同工作,实现应变 和温度两个参 量的高精度测量,其中应变分辨率达到0.75με,温度分辨率达到 ±1℃。本文构建的传感网络为构建大容量、 大规模、多参量、高空间分辨率和高测量精度的光纤传感网络提供了一种有益探索。     

一种新型的FBG压力传感器数值模拟研究

提出一种基于金属圆筒式膜盒感受联杆传递到悬臂梁的组合式FBG压力传感机构,对其压力传感特性进行理论研究.利用双FBG(FBG1、FBG2)产生双反射峰实现温度压力同时区分测量,并且用有限元软件ANSYS进行了二维数值模拟实验.     

基于STM32的FFP—TF法FBG传感系统设计

通过对FBG传感器、FFP—TF（可调谐光纤F—P滤波器）以及STM32微控制器的研究,设计了一种光纤光栅传感系统。该传感系统具有精密度高、结构紧凑、便于携带、使用方便、适用于野外作业等优点。本文给出了传感系统的硬件设计和软件实现。     

基于TFBG边缘滤波的FBG温度传感器

为了提高系统的温度灵敏度,设计了一种基于倾斜光纤光栅(TFBG)边缘滤波的光纤布喇格光栅(FBG)温度传感器.该系统在常规的TFBG边缘滤波解调系统上引入一个光纤环形镜,将从TFBG透射的光信号反射回来,使其能再次通过TFBG,以增加TFBG透射谱的深度,并对传感光栅进行封装.实验结果表明:封装前和封装后的传感光栅在所测量的温度区间内中心波长的漂移量分别为 0.55 nm和 7 nm,封装后的漂移量扩大了十多倍;同时,由于TFBG边缘滤波解调传递函数的斜率得到提高,传感器波长解调后的温度灵敏度也得到了改善,是未级联光纤环形镜传感器的 1.6～2.4倍.     

基于FBG阵列的生物膜式反应器内温度场测量

生物有机废气废水处理过程中,温度是反应微生物生存环境的一个重要参数,温度的大小直接影响到微生物的活性,进而直接影响到微生物反应器的净化性能。为能对生物膜式反应器内的温度场进行在线准确的测量,提高微生物反应器的净化性能。文章采用FBG阵列对高0.5m、内径0.24m的圆柱形反应器内填料床段进行温度测量,其中轴向5层,每层7个传感器单元,共35个传感单元。实验研究表明：在生物膜式反应器挂膜阶段,反应器内已经出现了温度分布,且最大温差可达1.79℃。因此,采用FBG阵列对生物模式反应器内温度场测量,将为观察反应器内生物膜的生长环境条件、反应机理提供新手段,从而提高微生物反应器的净化性能。     

基于FBG的铅酸蓄电池铅离子浓度检测传感器研究

根据光纤Bragg光栅(FBG)折射率的传感原理,将电解液的折射率变化与电解液浓度测量联系起来,而电解液浓度变化主要由铅离子的变化引起,通过测量铅酸蓄电池内电解液的浓度就可测得铅离子浓度的变化.本文采用腐蚀FBG方法制作单端光栅折射率铅离子浓度传感器,用于测量铅酸蓄电池中铅离子浓度变化.实验表明:该传感器输出的信号与电池内铅离子浓度的变化存在一定的函数关系,与理论分析一致.从而证明单端腐蚀光纤Bragg光栅(FBG)是测量铅酸蓄电池内铅离子浓度的有效方法.     

基于FBG阵列的滑动探测系统设计

为了实现机械结构中夹持状态的实时监测,避免施力过大造成损坏或施力过小造成滑落,设计了一种基于FBG阵列的滑动探测系统.利用正交分布FBG阵列实现对不同方向滑动的感知,通过解算各位置上FBG波长偏移量完成对目标位置与滑动状态的分析.给出了系统结构设计及计算方法,仿真分析了不同参数的FBG对物体的滑动测试效果.仿真结果显示...     

基于反射谱带宽展宽的FBG温度补偿压强传感

利用平面圆形膜片应变调谐的特点,采用膜盒式结构,将光纤Bragg光栅(FBG)沿径向贴于平面圆形膜片,利用反射波的带宽对压强敏感而对温度不敏感的特性解调压强,成功实现了温度补偿的压强传感测量.基于光谱分析仪(OSA)的0.05 nm分辨率,实验可得到测量系统的带宽随压强变化的灵敏度为0.28 nm/MPa,压强分辨率为±0.18 MPa,压强动态测量范围可达0.0～7.2 MPa.实验结果与理论分析相符.     

基于LPFG滤噪和混合放大的长距离FBG传感器系统

设计的基于长周期光纤光栅(LPFG)滤噪和掺Er光纤(EDF)/喇曼混合放大的长距离光纤布拉格光栅(FBG)传感器系统,不但优化了系统的信噪比(SNR),而且使传感距离提高到50 km.该系统以高功率扫描激光器作为传感光源和解调系统,加入的LPFG减小了双向喇曼放大的自发辐射(ASE)噪声和FBG后向反射噪声,同时双环形器的EDF结构利用剩余的泵浦功率产生ASE光和放大传感信号,为后端FBG提供了光源以及提高了后端FBG的SNR.带LPFG的混合放大与EDF/喇漫混合放大相比,实验表明,FBG 1和FBG 2的SNR分别提高了4.40 dB和4.38 dB,而且分布在50 km光纤上的4个FBG均获得了大于15 dB的SNR.     

FBG反射谱数据滑动相关滤波算法设计与实现

针对光纤光栅解调系统中现有滤波算法计算速度与滤波效果难以兼顾的问题,提出了一种基于滑动相关滤波的光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating, FBG）反射谱滤波方法并在现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array, FPGA）上实现算法加速设计。该算法根据 FBG 半峰全宽确定高斯函数二阶导数的标准差,用函数的负数作为滤波模板权重,通过滑动数据窗口进行反射谱数据与滤波模板的相关计算,从而实现滤波操作。使用该算法处理含高斯噪声、坏点和基线的仿真数据,验证了该方法对多种异常反射谱数据处理的有效性,并与其他下位机滤波算法进行对比分析,该算法能较好地保留原始数据特征,有较好的鲁棒性,信噪比最高提升 28.23 dB,中心波长平均偏差和偏差标准差最小,分别为 1.712 pm 和 2.996 pm。同时在 FPGA 片上平台实现了该算法,采用循环队列策略设计存储器,提高了存储器使用率,降低了资源消耗。实验表明,该算法可以有效校正多种异常 FBG 反射谱,在 100 MHz 系统时钟下处理一个反射谱数据所需时间仅 5.09 μs,易于实现工程化应用,克服了下位机现有滤波算法对 FBG 反射谱中坏点、基线抑制作用较差和滤波后信号变形的问题,实现了 FBG 反射谱滑动相关滤波算法的加速设计。