光纤白光应变测量系统的被动式温度补偿方法与实验研究

提出了一种应用于光纤白光干涉测量系统的温度补偿方法,在白光干涉测试光路、光程解调部分的温度屏蔽和隔离的前提下,采用多路温度传感器对光纤光路、光程匹配光纤、解调机箱内的温度进行实时监测,建立线性回归温度补偿模型,实现测量系统的温度补偿.实验研究表明:解调系统主要受光路温度、匹配光纤温度和机箱内部温度的影响,利用该补偿方法可以有效地降低温度对系统测量结果的影响,补偿后温度对测量结果的影响降低为原来的1/16.     

半导体激光器自混合干涉的调制及光电检测电路

根据半导体激光器自混合干涉微位移测量系统的要求,设计了电流调制半导体激光器和光信号检测电路．半导体激光器具有体积小、易调制等特性,因此在实验采用中心波长为650 nm的半导体激光器作为该微位移测量系统的光源, 从而使系统微型化、光路易准直;将半导体激光器的电流调制特性和自混合干涉原理相结合,使此微位移测量系统的测量精度远远高于传统干涉方法．在实验电路中利用集成运放特性实现对光源信号的调制和微弱信号的前置放大,并使用温度补偿及抗干扰技术,使输出信号满足系统要求．     

光纤Mach-Zehnder干涉仪臂长差的精确测量

提出了一种光纤Mach-Zehnder干涉仪臂长差的精确测量方法.理论分析表明,采用白光光纤Michleson解调干涉仪,白光干涉相邻峰值之间的距离为Mach-Zehnder干涉仪两臂光程差的一半.利用改进的干涉条纹观测系统和高精度的位移发生系统,提高了白光干涉峰值信号的识别精度,使Mach-Zehnder干涉仪臂长差的测量分辨率和精度分别达到了1 μm和10 μm.     

光纤莫尔干涉轮廓测量方法

为了探寻微小物体非接触形貌测量的有效途径,采用多光纤干涉所形成的光场,提出了三光纤反射莫尔干涉轮廓测量方法.利用3根高双折射光纤,构成了光纤莫尔干涉光场生成器,给出了计算机仿真结果.实验上,讨论了莫尔光场生成器的设计和制作方法,实现了方形格子和六角形周期格子的光场分布.给出了光纤莫尔干涉测量系统的结构和组成,以半球形物体轮廓测量为例,展示了如何应用光纤莫尔干涉技术实现微小物体形貌的测量.开拓了光纤莫尔测量新方法.     

反射式光纤位移传感器的线性补偿研究

采用随机型光纤位移传感器和半圆型光纤位移传感器,对光纤位移传感器特性进行线性补偿,从而扩大了传感器的测量范围。     

全光纤加速度传感技术的研究

证明了光纤适合对加速度场的感知,研究了干涉型全光纤加速度地震检波器,得出光纤的应力应变和被测信号加速之间的关系,综合考虑全光纤加速度地震检波器灵敏频带的要求设计了变化光纤的长度和质量的大小和形状。采用交流相位跟踪零差检测的方法,使振动信号以电的形式得以真实地再现。研制的全光纤加速度地震检波器样机,具有抗电干扰、测量频谱范围宽,检测灵敏度高等优点,且输出信号与待测信号波形一致性好。用压电陶瓷同时完成了相位调制与误差补偿;利用干扰端面镀膜技术提高了反射光能量;采用双横向限制簧片有效地限制了质量块的横向振动。     

双膜盒式光纤压力传感器设计

设计并研究了一种利用双膜片位移进行压力测量的光纤传感器.这种光纤传感器是在通用光纤传感设计实验系统的基础上,利用了三光纤反射调制技术,它可以实现光源强度的变化和光纤中光功率损耗的变化以及反射率的变化自动补偿.理论上,分析了这种传感器的补偿特性,建立并推导了输入输出关系,给出了理论模拟结果.实验上,制作并实现了光纤压力传感器,分别测试了两接收光纤的位移与输出光强度的对应关系曲线,给出了对应两输出光强比值与位移的实验测试结果,验证了理论的正确性.最后,对所设计的光纤压力传感器进行了标定实验,给出了线性输入输出工作特性曲线.     

基于光纤像面全息的金属构件微位移测量

针对激光全息技术能处理常规方法难以解决的问题以及光纤具有环境适应性的特点,设计了一种基于光纤像面全息干涉计量对金属材料构件微小位移测量的方法.通过对不同芯径传像光纤束情况下的成像结果分析,得出了与材料力学相符合的结论.实验结果表明,提出的方案适用于对金属材料特性的高精度测量,可以解决阻碍激光全息技术推广应用和发展的环境要求.     

三光纤干涉流量测量技术

简要介绍了生产测井对流量计的要求,分析了各种原理的光纤流量计的优缺点提出靶式光纤干涉流量测量原理测量采油井井下流量的方案。在双光纤干涉流量测量的基础上,详细阐明了三光纤干涉流量计的工作原理,推导了流量计的数学模型,给出了三光纤干涉流量测量系统的设计参数,进行了三光纤干涉流量测量系统的仿真和流量测量实验,给出了实验结果。结果表明,三光纤干涉流量计有着诸多的优点,具有广泛的应用前景。     

三光纤补偿式位移传感器的研究

研究了三光纤补偿式位移传感器的原理和性能,根据光纤出射端面的近似光强分布,数值计算了三光纤传感器中接收光纤接收光强与位移的关系和补偿后的输出特性,并对此输出特性进行了实验测量.结果表明数值计算结果和测量结果一致,两根接收光纤各自的线性范围较小,补偿后的三光纤位移传感器不仅能改善测量的线性度,而且能在一定程度上放大传感器的线性测量范围.三光纤补偿式位移传感器不仅能有效地消除光源输出强度波动、表面反射率不同和光纤传输损耗引起的测量误差,而且能有效的提高传感器的线性测量范围.     

低相干光干涉法测量光子晶体光纤延时

对相位敏感型低相干光干涉(OLCR)法延时测量系统进行了理论分析,建立了相关数学模型,搭建了基于非平衡迈克尔逊干涉仪的OLCR测量装置,以掺铒光纤放大器(EDFA)自发宽谱光作光源,对光子晶体光纤(PCF)延时(1540～1560nm)进行测量,取得0.14ps左右的测量精度。利用该系统测量光学元件参数,多采用元件末端面反射光与参考光干涉,但对光纤等器件的延时参数进行测量时,利用透射光会更加方便。     

一种提高单极性光CDMA系统性能的方法

光纤信道的色散和非线性效应会导致单极性光CDMA系统性能下降，由此提出采用非零色散位移光纤（NZ—DSF）搭配色散补偿光纤（DCF）来改善系统性能的方法。数值结果表明：该方法能有效降低色散和非线性效应导致的多用户干扰，改善系统性能。     

自适应去直流偏置的激光干涉振动测量

针对单频激光干涉在位移测量中干涉信号易饱和的缺点,提出一种自动调整偏置的干涉信号光电转换方法,并应用在激光干涉测量振动微位移的系统中。从光路结构、硬件电路、软件算法三个方面对测量系统进行阐述。光路设计保证在光路结构简单紧凑的基础上产生宽度足够分辨的干涉条纹;设计电流放大与可自动消除偏置的二象限光电转换处理电路,并采用二分法调整DAC输出的算法,实现干涉信号偏置量的自适应调节。实验结果表明:该方法能够快速准确地自动调节偏置量到合适范围,满足干涉振动位移测量的要求。     

内曲面三维位移测量的云纹干涉法

研究了双柱面光波干涉场及变化规律。提出双柱面光波测量内曲面三维位移的方法,推出测量内曲面周向、轴向和离面位移的三维位移方程。借用光纤可挠性传光和小体积柱面镜实现小体积云纹干涉系统。测量管道式结构物内曲面位移场。     

具有色散补偿功能的Raman光纤光放大器(英文)

光纤损耗和色度色散是限制高速光纤系统传输容量的两个主要因素。损耗导致光在光纤中的衰减,传输一定距离后需要放大;而色度色散引起脉冲展宽,长距离传输需要色散补偿或采用其它色散管理手段。利用色散补偿光纤既可以进行色散补偿,又能作为喇曼光放大器增益介质使用的特点,分别测量了光纤的色散特性和喇曼增益特性,设计了通过色散补偿光纤同时进行色散补偿和喇曼光放大的系统方案,实验结果表明50公里单模光纤的色散和损耗(约10dB)可以通过采用5.6公里色散补偿光纤、具有12dB增益的Raman光放大器完全补偿。     

基于白光干涉原理的光纤传感技术一Ⅱ．光纤白光干涉测量的基本方法

主要介绍了白光干涉光纤传感原理,描述了光纤中光程的变化和被测参数(如:应变和温度)之间的关系,并讨论了白光干涉光纤传感系统中温度表观应变和温度补偿技术.     

线形腔光纤激光器的光反馈效应研究

提出了一种基于线形腔光纤激光器结构的光学反馈系统,时系统输出功率变化表达式进行了推导,建立模型分析了光反馈对系统的影响,得出其与激光自混合干涉具有相同的相位灵敏度.实验中首先时系统进行了信号观测,同时改变实验条件,对不同参数的影响进行了讨论,实验结果与模拟分析相一致.结果表明:线形腔光纤激光器光反馈系统的输出条纹变化对应着待测物半个波长的位移;条纹不同的倾斜方向可实现对移动方向的辨别;通过适当调节反馈腔腔长与目标靶反射率可优化系统反馈信号的灵敏度.根据以上特性,该系统可应用于光学测量领城,例如位移、距离、速度测量等.     

基于3×3耦合器的光纤光栅温度传感器解调系统

针对光纤光栅的温度应变交叉敏感问题,提出了一种管式光纤光栅温度传感器,使用外径8mm、内径6mm、长9cm的不锈钢管作为材料,制作了只对温度敏感的光纤光栅传感器,实验表明,传感器呈现良好的温度线性,温度灵敏系数为9.72pm/℃,稳定性好。在此基础上,采用了基于3×3耦合器的干涉型光纤光栅温度解调方案,详细的推导了信号解调过程,经过实验验证了解调方法的可行性及稳定性,实验结果表明,温度测量系统在40℃～100℃的测量范围内温度测量误差小于0.1℃,达到了工程应用的要求。     

基于垂直位移扫描工作的表面轮廓综合测量仪

介绍了一种以保持杠杆处于平衡位置为测量前提,以衍射光栅干涉位移传感器为位移测量系统的表面轮廓综合测量仪.重点论述了该仪器的整体结构,测量原理,以及衍射光栅干涉位移测量系统的工作原理.     

利用掺铒光纤光栅实现应变测试中的温度补偿

为实现光纤光栅应变传感器使用中的温度补偿,设计并制作了掺铒光纤光栅测试系统,利用光纤光栅解调仪和高速数据采集卡分别测试了掺铒光纤光栅的布拉格波长及荧光寿命.通过测量在不同温度及应变作用下的光纤光栅布拉格波长及掺铒光纤荧光寿命,并对实验数据进行线性及非线性拟合,得到了掺饵光纤光栅的温度及应变响应测试结果.测试结果显示利用掺铒光纤光栅可以实现应变测试中的温度补偿,在不同测量范围内选择不同的拟合算法可以提高测量精确度.