一种基于LPCT的压电驱动式光纤Bragg光栅电流传感器及其使用方法

本发明涉及一种基于LPCT的压电驱动式光纤Bragg光栅电流传感器及其使用方法,属于光电子测量技术领域。本发明包括LPCT、取样电阻、叠堆型压电陶瓷、光纤Bragg光栅、光纤粘接点和外接光纤。LPCT连接取样电阻后通过导线连接至叠堆型压电陶瓷上下两端,叠堆型压电陶瓷由若干片压电陶瓷片物理串联组成,光纤Bragg光栅通过光纤粘接点固定设置在叠堆型压电陶瓷中轴线的左右两端,外接光纤一端与光纤Bragg光栅连接,另一端与解调仪相连。本发明高压侧无需电源、测量范围大、抗电磁干扰、尺寸小、结构简单、准确度高、稳定性好,具有极佳瞬态跟踪能力,响应电流变化能够达到μs级。     

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。     

LabVIEW实现光纤光栅传感解调

结合虚拟仪器技术和光纤光栅传感技术,自行设计了一套光纤光栅传感解调系统.系统采用匹配解调法实现波长编码传感信号的解调,匹配光栅由压电陶瓷驱动,压电陶瓷上施加了正弦电压,从而传感信息转换为解调信号在一个正弦周期内相邻两波谷之间的时间间隔.LabVIEW解调程序是解调系统的关键部分,实现数据采集控制,解调信号提取,过程运算和结果显示.通过线性标定实验得到系统的传感解调特性,系统用于应变测量,应变分辨力为1με.     

基于FFP可调滤波器的FBG解调系统设计

提出并实现了一种基于FFP可调滤波器的FBG解调系统.该系统通过PC104嵌入式系统控制的D/A输出信号,作为可调滤波器的控制信号,对光纤上的所有光栅连续扫描以实现波长信号的解调.该解调系统扫描带宽50 nm,以10 Hz频率进行扫描,可以得到稳定的测量信号.     

光纤光栅传感器在称重系统中的应用

为了实现物体重量的测量,分析了光纤光栅传感器的结构和原理;研究了应变和温度交叉敏感以及波长解调等FBG传感技术应用的关键问题.根据对承重台受力的分析,设计了承重台的结构和传感器的安装方式,而且,摸索到了光栅传感技术的一些使用经验和注意事项,这些可为高速公路汽车称重系统所借鉴.利用FBG210解调仪在信号采集,分析,存储和传输等方面的优势,实现了光纤光栅解调.使用处理器对解调出的重量信号进行处理,并将其显示在LCD上.     

长周期光纤光栅传感信号解调技术现状与发展

光纤光栅传感技术是光纤传感的主要研究方向之一,光纤光栅主要分为光纤Bragg光栅(FBG)和长周期光纤光栅(LPFG).相比于FBG,LPFG在应用方面具有独特优势.对LPFG的信号解调方法进行分析与评述,并对该技术的发展趋势进行展望和总结.     

CLPG的分布式FBG解调系统仿真研究

从耦合模理论出发,运用传输矩阵法对级联长周期光纤光栅(C LPG)的传输光谱进行了仿真分析,提出了基于CLPG的分布式光纤布拉格光栅(FBG)解调系统.该解调系统将级联长周期FBG作为边缘滤波器,利用它的4个线性区同时解调4个FBG的传感信号.仿真结果表明:在CLPG的线性范围内系统检测的光功率与传感FBG所受轴向应变成线性关系,最高能检测到5.813×10-9的轴向应变传感信号.系统的应变灵敏度分别为-42.75,42.95,-43.15,43.35 mW/10-6.     

基于双芯光纤滤波器解调的光纤光栅电流测量

利用光纤光栅(Fiber Bragg grating,简称FBG)、超磁致伸缩材料(Giant magnetostriction material,简称GMM)和基于双芯光纤滤波器的解调系统实现了交流电流的测量。在介绍超磁致伸缩材料的磁致伸缩效应、光纤光栅检测电流原理以及双芯光纤滤波器解调原理的基础上,借助超磁致伸缩材料和光纤光栅等构建了电流测量单元。利用设计的电流测量单元,在施加0～4.5A(50Hz)范围的交流激励电流时,经基于双芯光纤滤波器的解调系统解调,验证了采用该方案检测电流的可行性。     

基于光纤光栅的边缘滤波动态解调技术

本文阐述了基于光纤光栅的边缘滤波动态解调技术的研究。初步实验表明:解调仪适合传感FBG存在大幅度静态波长变化时,对微幅度动态波长变化的检测,动态波长检测范围分辨率为0.007pm/!Hz。上电时,可调滤波器具有对中心波长为1295.5nm～1307.5nm范围光纤光栅自动跟踪能力。     

基于卡尔曼滤波算法的嵌入式光纤光栅解调系统

针对目前光纤光栅解调系统算法复杂，需要借助上位机进行解调的不足，设计了一种基于卡尔曼滤波算法的嵌入式光纤光栅解调系统。该系统在STM32嵌入式平台上采用卡尔曼滤波算法，结合趋势判断算法实现了FBG中心波长的快速解调。实验结果表明，系统的测温精度可达±0.1℃,对FBG温度传感器中心波长的解调稳定性可达±3 pm,温度与波长线性变化的拟合度可达0.998以上，能够满足实际工程应用的需求。     

基于匹配滤波技术的数字化光纤光栅传感解调方法

报道了一种结合数字化技术对光纤光栅传感系统信号进行解调的方案.解调系统采用数字时钟信号产生锯齿波电压信号控制可调谐光纤法布里-珀罗滤波器,对光纤光栅进行扫描式搜寻,同时利用同步时钟信号控制数字采集卡实时读取搜寻到的数据.由于光纤光栅的反射谱是已知信号,因此采用数字匹配滤波技术对采集到的信号进行处理可以得到最大的信噪比.实验结果表明:系统在波长寻址范围为1 520-1 575 nm内,扫描频率1.5 Hz,波长分辨率可以达到2 pm以下.     

实用的在线光纤电流传感器

提出了一种由磁致伸缩材料管和光纤光栅构成的新型光纤光栅电流传感器。实验结果表明该传感器有良好的线性响应 ,并且不受磁滞效应的影响。波长漂移对线电流的灵敏度为 0 .0 0 0 74nm/A     

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。     

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。     

基于多级衍射及自适应补偿的光纤光栅传感器解调技术

解调技术是决定光纤光栅传感解调系统速率、精度、容量等性能的关键因素。提出一种基于线阵光电探测器成像原理的光纤光栅传感器解调方案,通过多级衍射,结合弱曝光自适应超频技术和FPGA并行数据处理技术,实现了对传感信号的快速解调,同时可以实现对级联型光纤光栅传感器和长周期光纤光栅传感器信号的解调。使用温度、应力敏感光纤光栅传感器对搭建的铁路桥模型进行监测,实验结果表明,光纤光栅传感系统的解调精度可以达到10 pm量级,系统可测量光谱范围达50 nm,提高了传感系统的解调速率和精度,同时实现了光纤光栅解调设备的微型化。     

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.     

智能服装中光纤Bragg光栅心音检测方法的研究

研究基于光纤光栅智能服装心音检测的理论和方法.根据光纤光栅应变效应和圆形膜片振动原理,建立了心音传感数学模型,推导出心音灵敏度计算公式.设计了光纤光栅心音传感器结构并制作出样品,其灵敏度理论值为957.11 pm/kPa.用所设计的传感器对人体心音进行实测,反射波长变化范围约70pm.在体温不变的情况下,光纤光栅反射波...     

具有温度补偿的FBG电流传感器研究

采用双光纤Bragg光栅(FBG)和2种不同的解调方法实现对基于电磁力的FBG电流传感的温度补偿,对2种解调方法进行比较。实验结果表明:采用光谱分析仪(OSA)进行波长解调,测量范围为0.35～2.5 A,灵敏度为0.93 nm/A;采用滤波调谐进行光强解调,测量范围为0.30～0.70 A,灵敏度可达到9.6 nW/mA。     

基于全光纤马赫2曾德尔干涉仪的电压传感研究

利用压电陶瓷（PZT）的电致伸缩效应,我们报道了一种全光纤马赫－曾德尔干涉仪（MZI）电压传感器,对直流电压传感特性进行了实验研究,采用波长定标法,在消除环境干扰的情况下,当直流电压在－58－58V范围内变化时,波长改变了3.86nm,调谐灵敏度为0.033nm/V,线性拟合度为0.9985。     

单个光纤布喇格光栅实现应变温度同时测量的研究

实现单个光纤布喇格光栅同时测量应变和温度的实验系统.在该系统中,温度变化使光栅的布喇格波长位移,应变使反射谱分裂成双峰.结果表明,根据光栅的初始布喇格波长和两个分裂的布喇格波长可以同时确定应变和温度的变化.应变和温度灵敏度的实验结果分别为1.172 pm/με和10.78 pm/℃.该系统在结构健康监测、智能材料和结构等领域有应用前景.