低功耗无线紫外光功率计系统设计与研究

针对工业上紫外光功率检测精度低、辐射大、功耗高等问题。提出一种基于低功耗单片机MSP430为核心控制器、两个紫外光电传感器为探测器、无线LoRa为数据传输方式的设计方案。该方案采用双传感器,通过减法放大电路实现光电转换和环境光滤除,并采用高精度可编程AD采集芯片实现对信号的可控放大以及将模拟量转换成数字量传输至主控制器MSP430,利用改进的滑动平均滤波法对采集的数据进行数字滤波处理,并计算出相应的功率值,通过无线Lora进行数据传输至上位机进行实时显示。研究与实验表明:整个系统运行稳定、精度高、功耗低、能远程实时检测紫外光功率变化,可广泛用于工业紫外光检测领域上。     

物联网和光纤传感技术相融合的独居老人监护系统研究

针对独居老人如何得到实时监护,保障其生命安全问题,设计物联网和光纤传感技术相融合的独居老人监护系统,系统感知层通过光纤传感器检测模块采用不同检测点,监测独居老人生活范围中图像、声音、气体数据,这些数据通过网络层中ZigBee通信协议传输至应用层中的监控预警模块,监控预警模块对比检测数据和独居老人正常活动下的数据,判定老人出现异常的可能性,若老人出现异常情况,便立即自动报警并将异常数据传输给老人亲属;通过卡尔曼滤波算法对光纤传感器数据进行去噪,然后采用测量方差自适应方法融合传感器数据,获取独居老人的监护状态估计值。研究结果表明,该系统对独居老人相关情况的检测精度较高,能够较好实现监护。     

无线光纤温度传感系统

基于无线通信技术,研究了一种应用于检测电力设施安全性的无线光纤温度传感系统.系统采用光纤传感技术进行温度监测,可以实现具有组网灵活、实时监测等特点的安全传感网络.传感信号处理包括光电转换、前置放大和窄带滤波等电路系统构成,可实现微弱的光电信号的检测,并采用了无线的方式进行传感与控制信号的传输,从而实现对大范围区域的温度...     

抗恶劣环境的保偏光纤温度传感器

基于应力型保偏光纤传输常数差对温度的敏感性并利用偏光干涉技术,提出了一种反射型保偏光纤温度传感器并推导出传感方程。在传感器中采用宽谱光源抑制了输入/输出光纤中偏振耦合引起的误差,特性分析表明这种传感器实用、精度高并且配置灵活。实验结果与理论完全吻合,其噪声等效可探测温度精度达0.01℃。根据大型电力变压器的绕组温度监测要求,研制出一套远程多路温度传感器系统。采用特殊的涂覆和密封石英毛细管封装技术,保证光纤传感头能在热油及250℃的高温下工作,而且具有很高的绝缘性。检测结果表明传感器在0~200℃内,达到了±0.5℃测量精度。     

抗恶劣环境的保偏光纤温度传感器

基于应力型保偏光纤传输常数差对温度的敏感性并利用偏光干涉技术，提出了一种反射型保偏光纤温度传感器并推导出传感方程。在传感器中采用宽谱光源抑制了输入/输出光纤中偏振耦合引起的误差，特性分析表明这种传感器实用、精度高并且配置灵活。实验结果与理论完全吻合，其噪声等效可探测温度精度达0.01℃。根据大型电力变压器的绕组温度监测要求，研制出一套远程多路温度传感器系统。采用特殊的涂覆和密封石英毛细管封装技术，保证光纤传感头能在热油及250℃的高温下工作，而且具有很高的绝缘性。检测结果表明传感器在0-200℃内，达到了±0.5℃测量精度。     

高温环境下油田测井信息光纤传输方案的设计

针对传统测井传输方案的不足,设计了一种高温测井信息光纤传输方案。采用TI公司MSP系列低功耗单片机作为井下测控芯片,高温光模块为信号收发器,耐高温光纤为传输介质。上位机不仅能向下发送命令来控制井下钻机和传感器,也可将该链路回传的测井信息(比如温度、压力、电阻值等)显示出来。实验结果表明,该方案不仅能够长时间在高温工作环境下(110℃)实现测井信息的远距离宽带传输(可达2Mbit/s),而且能够提供灵活的扩展方式,使占用空间更少、重量更轻。     

25km光纤链路高精度频率传输实验研究

分析了影响光纤频率传输精度的主要因素,设计并 实现了一种新的基于锁相环(PLL)补偿的双向异频传输方案。首先,为了 确定光纤链路引入的不稳定性,设计了恒温条件下链路稳定性测试方案,通过光电联合测试 得出了链路传输指标;然后,结 合环境温度及PLL对光纤频率传输的影响,设计了环境温度影响下链路时延稳定性测 试方案,并搭建了实验平台;最后, 进行了光纤传输实验,分析了环境温度和阻尼系数变化对传输性能的影响。结果表明,由于 PLL的有效补偿,10MHz高 精度原子钟频率信号经过25km的光纤传输后仍能保持很高的稳定性;本文方案下的链路时 延抖动在环境温度慢变时可以稳定在0.5ns以内,显著降低了实际光 纤应用中传输时延的不稳定性。     

光纤高温传感器

本文报道的光纤高温传感器是由镀制在高温光纤端头的陶瓷膜黑体腔,高低温光纤传输系统和光电探测器组成。仪器经检定,测温范围为200～1200℃,可分辨温度优于0.6℃,空间分辨率约1.5厘米。     

基于PID反馈控制的光载射频稳相传输技术

针对光纤时频传输过程中由于温度、压力变化等环境因素导致的相位抖动,提出了一种基于比例-积分-微分(PID)反馈控制的高精确度相位稳定纠正技术。采用迈克耳逊干涉仪进行实时相位检测,并通过压电陶瓷进行实时补偿,能够有效克服传统鉴相、延时线等在补偿精确度和速度方面的瓶颈。经过对环境因素的计算与PID补偿仿真,得到该方法在800 m光纤传输的传输延时测量精确度为2.2 fs,传输延时稳定度<8.8 fs,在小于100 N的外界轴向拉力作用下,恢复初始状态的时间在0.088 s以内。     

基于光纤传输的高电压设备温度测试研究

针对高电压设备运行中的温度监测问题，本文提出了一种基于光纤传输的温度测试新方法，采用热电型红外感温元件与光纤进行光电耦合，通过光纤传输温度信号，解决了高电压设备的测温问题。实测表明垓方法适合应用在高电压、强磁场、放射性、狭窄空间的温度测试，     

高可靠红外光电水浸传感器研制

基于红外光电检测原理的水浸传感器灵敏度高,响应时间快,但环境自然光、水雾等干扰测试准确度。本文通过对光学探头材料与结构的优化设计,提高传感器测试精度,通过双层防护结构设计与恒温加热设计,避免自然光、凝露等环境因素对光电检测的测试干扰,设计获得了高可靠的红外光电水浸传感器。     

基于弯曲损耗的光纤环路温度传感器

为实现高精度光纤温度传感,本文对新型光纤环路温度传感器进行研究。该传感器通过折射率的改变感知环境温度变化,并直接影响到光在光纤中的传输损耗。通过分析温度、弯曲半径对折射率的影响,即弹光效应和热光效应。给出了传输损耗、测温范围与弯曲半径的关系,并依此进行了测温精度和稳定性实验,实验结果表明,功率型光纤环路温度传感器具有精度较高、成本低、易于集成等优点。     

Design of distributed Raman temperature sensing system based on single-mode optical fiber

The distributed optical fiber temperature sensor system based on Raman scattering has developed rapidly since it was invented in 1970s. The optical wavelengths used in most of the distributed temperature optical fiber sensor system based on the Raman scattering are around from 840 to 1330 nm, and the system operates with multimode optical fibers. However, this wavelength range is not suitable for long-distance transmission due to the high attenuation and dispersion of the transmission optical fiber. A novel distributed optical fiber Raman temperature sensor system based on standard single-mode optical fiber is proposed. The system employs the wavelength of 1550 nm as the probe light and the standard communication optical fiber as the sensing medium to increase the sensing distance. This system mainly includes three modules: the probe light transmitting module, the light magnifying and transmission module, and the signal acquisition module.     

基于半导体光电位置敏感器件厚度检测仪研制

首先分析了光线通过薄膜的理论及特点,在此基础上,采用透镜、分束棱镜、滤光片以及新型半导体光电位置敏感器件,设计了一种新型透明体厚度光电检测仪。该仪器中的光学系统设计,采用双光路消漂移方法,消除了光束的漂移等不稳定因素;信号处理电路采用高精度、低温漂放大器等元器件,最大程度地消除了热噪声;对入射光线、被测体、探测器三者之间的相对位置进行了最优化设计。最后,对该仪器的结构、特点以及产生的误差进行了分析,给出了几个重要结论。     

Theoretical model of a fiber optic remote sensor based on surface plasmon resonance for temperature detection

This paper reports on a novel design of a remote sensor for temperature detection based on surface plasmon resonance and optical fiber technology. We theoretically analyze the performance of proposed sensor under different conditions related to its constituents, i.e., optical fiber, metallic layer, sensing region, and launched light. The effect of the related parameters such as numerical aperture, fiber length, core diameter, FWHM of the Gaussian input on sensor is analyzed along with its physical explanation. The numerical results presented in this paper leads to a significant optimization of the important design parameters to achieve a high temperature detection accuracy and sensitivity of a fiber optic remote sensor.     

光纤马赫曾德尔干涉曲率传感器的膝关节曲率检测系统研究

在人体运动监测的过程中,膝关节运动信息在中老年慢性疾病的诊断和康复评估方面具有重要意义。研制了一种基于光纤马赫曾德尔干涉曲率传感器（Mach-Zehnder interferometer-based directional bending,MZI-BDB）的膝关节弯曲检测系统。该系统由MZI-BDB传感器、扫频激光光源、光纤耦合器、光纤隔离器、光电探测器及信号处理系统构成。MZI-BDB传感器由偏心光纤和单模光纤错位熔接而成,封装于软硅树脂片内,通过绑带固定于膝关节处。当膝关节屈曲和伸展时,诱导MZI-BDB传感器发生弯曲,传感器内透射光信号干涉场的模场状态发生变化,谐振波长发生漂移,从而对膝关节的弯曲方向和曲率进行监测。MZI-BDB传感器在正向和负向弯曲的测量角度范围为0°~90°;在正向弯曲方向上灵敏度和分辨率分别为5.29 nm/m?1和0.11 m?1;在负向弯曲方向上的灵敏度和分辨率分别为?3.11 nm/m?1和0.12 m?1。实验测试MZI-BDB传感器温度敏感度为0.043 nm/℃,该结果显示传感器对温度的不敏感特性。光电编码器与MZI-BDB传感器同时进行数据的传感采集。实验结果表明:该检测系统和光电编码器验证平台在准确度和响应度上具有一致性。     

Universal Spectral Modulation Sensors：（Ⅰ）Theory and Structure^①

A universal spectral modulation sensor with low cost,stable,reliable and accurate performances is presented.The optical measuring device using a universal spectral modulation sensor is immune to change the intensities of the light source and light transmission due to optical fiber bending and optical fiber connector loss.The spectral modulation sensor system can detect and measure various physical parameters such as pressure,temperature,gas density,and various chemical species.     

Universal Spectral Modulation Sensors:(Ⅰ)Theory and Structure

ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｐｅｃｔｒａｌＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＳｅｎｓｏｒｓ：（Ⅰ）ＴｈｅｏｒｙａｎｄＳｔｒｕｃｔｕｒｅ①ＳＨＩＹｏｎｇｊｉ（ＬｕｏｙａｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｌｅｇｅ，Ｌｕｏｙａｎｇ４７１００３，ＣＨＮ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｕｎｉｖｅｒ...     

高功率高重频TEA CO2激光器激光放电腔技术

介绍了高功率、高重频TEA CO2激光器激光放电腔的放电电路、结构及特点,针对该系统的性能实施了合理的技术设想及研究方法。在分析高功率TEA激光器技术基础上,讨论了TEA CO2激光器激光放电腔的基本机理。该系统由多只具有储能充、放电功能的陶瓷电容,通过低阻抗匹配传输线、放电电极和紫外光预电离装置向激光器高能放电腔注入电能,获得高重复频率脉冲和高能量脉冲,经光学谐振腔窗口输出高功率激光。描述了储能充放电路、高压快脉冲、低阻抗匹配传输线、放电电极和紫外光预电离等技术的具体应用。     

等离子体特征参数检测系统设计研究

为了研究火药燃烧产生的等离子体的特性,本设计采用光谱诊断法对等离子体的电子温度和电子密度进行检测,设计了等离子体特征参数检测系统。本设计在光谱检测法的基础上,根据光谱分析原理和检测总体方案,先后进行了传感器的设计、光谱仪的设计以及数据的处理。设计以ZEMAX为工具,使用探头光路追迹和光纤中光路仿真设计了新型的传感器光学探头;使用光谱仪结构函数优化、消散像处理以及波长点列图分析等方法设计了光谱仪的初始结构和优化结构。对光谱诊断获得的光谱图进行数据处理得到等离子体的电子密度和电子温度,提出了一套能够适用于火药燃烧产生的等离子体的光谱检测方案。为进一步研究火药燃烧产生的等离子体的特性提供一定基础。