基于并行处理和AC-DC修正的可调光滤波器解调技术研究

为了提高基于压电陶瓷(PZT)驱动的可调谐法布里-珀罗(F-P)型滤波器解调的光纤布拉格光栅(FBG)传感系统的实时数据采集速度和测量精度,提出并行处理技术和交流转直流(ACDC)修正方法。通过并行处理技术,可调谐F-P滤波器连续采样,PZT磁滞性得到抑制,提高了系统实时数据采集速率和测量精度。针对AC驱动电压与F-P滤波器腔长之间的非线性关系,提出AC-DC修正方法,将AC电压下的FBG波长中心位置拟合为DC电压下的中心位置,减小了FBG中心波长的测量误差。实验表明,系统实时数据采集速率最大可提高1倍,应变测量的随机误差降低95%,动态应变传感的灵敏度优于1με,实测应变量与理论计算结果之间的误差小于4%。     

基于最小二乘法的电力电缆FBG传感测温系统

为了提高电力电缆测温系统的测量精度和速度,提出了以光纤梳状滤波器代替参考光栅提供拟合数据参考点,采用最小二乘法拟合光纤Bragg光栅波长和F-P可调谐滤波器调谐电压的线性关系,通过F-P可调谐滤波器解调FBG传感器中心波长变化的方法,完成对电力电缆温度的测量.研究表明,光纤梳状滤波器能够代替多个恒温参考光栅实现波长标定,对反射波长的测量误差＜5pm,温度均方误差≤0.7 ℃.     

基于FBG传感系统的可调光滤波器非线性研究

采用光纤布拉格光栅(FBG)传感系统研究压电陶瓷(PZT)驱动法布里-珀罗(F-P)型可调谐光滤波器(TOF)的非线性特性。基于多光束干涉理论建立了TOF的非线性模型,推导了透射带波长和自由光谱范围(FSR)对驱动电压的非线性响应;基于FBG传感系统测试了F-P型TOF的波长非线性,并采用多项式拟合对其进行描述,实测F-P型TOF波长的非线性误差最大为1.006 nm;基于F-P型TOF的非线性模型,研究了其波长定位误差,并提出采用参考光栅的方法降低波长定位误差。实验表明,F-P型TOF的波长随机误差可由73～81 pm降至12 pm以下。     

FBG传感信号数字化可调谐F-P滤波器解调技术研究

为进一步提高光纤光栅(FBG)解调系统的性能,提出并实现了基于FPGA逻辑控制的可调谐F-P滤波(TFFP)FBG传感数字化解调系统.重点介绍基于TFFP解调技术的工作原理,并给出了此解调系统硬件设计的系统框图.解调实验结果表明,通过与光谱仪的测量数据比较,此解调系统达到了预期的目标,经标定后系统的分辨率达1 pm,动...     

基于气体特征吸收谱线的电缆光纤光栅温度监测系统

基于电力电缆温度在线监测的需求,设计了一种精度高、稳定性好的光纤光栅温度传感器,光栅的波长漂移与温度成线性关系,结合F-P可调滤波器和LabVIEW软件平台搭建光纤光栅温度在线监测系统,系统采用C2H2气体吸收谱作为F-P可调滤波器的实时校正波长,温度传感器的波长解调不受外界温度和压力等环境的影响,通过插值拟合算法实现光纤光栅中心波长的高精度解调,精度可达±5 pm,即测量温度精度为±0.2℃。     

一种基于F-P干涉仪的FBG解调系统信号重建算法

建立了基于可调谐法布里-珀罗(F-P)干涉仪的光纤光栅传感器解调系统,分析了解调系统输出信号噪声的主要来源和特点,设计了旁瓣抑制强的数字低通滤波器滤除噪声干扰,并根据最小二乘法原理对滤波后的电压信号波峰进行了高斯曲线拟合.通过实验得知,该算法能够有效地重建系统输出信号,提高解调系统的测量精度.     

新型光纤传感用角度调谐Fabry-Perot滤波器

提出一种光纤传感用可调谐滤波器方案,使用伺服电机驱动滤波片匀速旋转,利用改变入射光角度的方式实现连续调谐波长输出。结合光纤传感的解调原理,设计了基于DSP芯片的伺服电机控制电路。通过选择PID控制算法及PID参数稳定伺服电机转速,在1 530～1 570nm的波长调谐范围内,该滤波器实现了比较高的重复性和稳定性,由电机转速抖动误差造成的解调波长的误差控制在±10pm内,成本低,控制方便,可用于光纤传感系统。     

动静态监测光纤光栅传感信号的实验研究

基于可调谐光纤TF Fabry-Pent（FP）滤波扫描传感光纤Bragg光栅（FBG）反射峰的原理．提出一种新颖的探测方法,分别从动静态两方面监测传感FBG反射谱与TF F-P透射谱的合成谱。实验中．通过加载到TF F-P滤波器的驱动信号的不同,在静态监测下,模拟并分析了光信号功率与转化电压的趋势图以及多次实验中探测到最大信号时两者的关系;用双踪示波器动态实时监测并分析了经光电探测（PD）及其放大调理电路转换后的电压变化信号。实验结果表明．PD探测的最大值与传感FBG反射峰对应。经过标定后的系统分辨率可达1pm,测量精度为0．01nm。     

一种光纤Bragg光栅传感器解调系统的实验研究

实验研究了基于可调谐光纤激光扫描的光纤Bragg光栅（FBG）传感器解调技术。系统由可调谐光纤F—P（TFFP）滤波器、掺Er光纤放大器（EDFA）、隔离器和耦合器组成可调谐激光光源,根据光电探测器输出波形、驱动电压与应变问关系实现了应变解调。分析了影响系统解调精度的原因,并做了相应的改进。实验测得,应变与TFFP驱动电压间的线性度达到0．998,且能达到1．26μstrain的高应变分辨率。     

基于频谱分区的高精度光纤光栅波长解调系统

设计了一种基于频谱分区的高精度光纤光栅波长解调系统。在传统的法布里-珀罗滤波器法中加入法布里-珀罗标准具动态校准滤波器的波长读取值,很好地消除了由滤波器调谐的温度漂移和蠕动引起的测量误差;同时利用标准具及放大自发辐射(ASE)光源特性进行频谱分区解调,大大降低了滤波器调谐时非线性的影响,使得解调系统具有很高的解调精度和很好的稳定性。实验结果表明,系统的稳定性为0.97 pm,分辨率达到了0.33 pm,温度解调线性度为0.9999。     

基于可调谐激光器的光纤光栅波长解调系统误差分析与补偿

基于可调谐激光器的光纤(Bragg)光栅(FBG)波长解 调系统性能受激光器控制电路、调制参数以及光电探测器(PD)性 能、弱信号采集与放大电路等诸多因素的影响,着重研究了可调谐激光器调制参数中扫描频 率对光栅波长 解调系统的影响,发现波长解调误差随扫描频率的不同而呈现一定的规律,对波长解调误 差与激光器的 扫描频率进行了拟合。将拟合结果植入解调程序中,对激光器当前扫描频率下的解调波长进 行实时误差补 偿,并实验验证了误差补偿后的效果。结果表明,进行误差补偿后系统最大波长解调误差比 之前减小6.0 倍,其中由激光器扫描频率不同导致的波长解调误差和均方差(SD)分别比补偿之前减小2.2倍。最 终 使得基于可调谐激光器的FBG波长解调系统整体波长解调误差控制在1.38pm以内,有效地满足了高 速FBG系统对解调波长准确性和稳定性的要求,适用于高频动态信号的解调。     

基于可调谐激光器的光纤光栅高速解调的时延误差补偿方法

基于可调谐激光器的光纤光栅(fiber Bragg grating, FBG)解调仪用于FBG传感器的远距离、高速测量时,光传输时延会导致显著的波长解调误差。本文设计了一种补偿光传输时延导致的FBG解调误差的方法,可调谐激光器在工作光频率范围内进行高线性度的正向、反向扫描,利用正向、反向扫描过程中的光电探测信号的FBG反射峰差异,对光传输时延导致的波长解调误差进行补偿。试验结果表明,在50 kHz解调频率和100 m连接光纤长度条件下,将光传输时延导致的波长解调误差由2 nm降低到小于10pm。     

F-P标准具和参考光栅相结合的高稳定性FBG解调系统

为了提高光纤布喇格光栅（FBG）解调系统的稳定性和准确性,避免由于压电陶瓷的迟滞性、蠕变性以及温度变化引起的法布里-珀罗（F-P）滤波器驱动电压与透射波长不成线性的问题,采用了可调谐环形腔激光器作为扫描光源,与F-P标准具、温补参考光栅、传感光栅3个单独的通道结构相结合的FBG解调方法。通过理论分析和实验验证,选择中值滤波加滑动平均滤波的方法滤除噪声,采用基于强度阈值的频谱相关寻峰算法更加准确地找到反射谱峰值的位置。结果表明,每个通道单独分开的解调方案的波长长期稳定性可达0.4pm,温度与波长的线性度高于99.90%。该系统能够实现对温度、应变等参量的稳定性的测量。     

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.     

斐索干涉仪中压电陶瓷的非线性校正

相移器是斐索干涉仪的核心部件,其关键为压电陶瓷(PZT)致动器,而其迟滞非线性特性严重影响了相移精度,对光学元件的形貌检测造成不利影响。该文首先设计了PZT的控制系统,利用National Instruments(NI)动态数据采集设备(PCIe-6321)、LabVIEW系统及电压放大器组成电压驱动系统产生驱动信号,利用电阻式应变仪、惠斯通电桥作为位移传感器采集位移;其次,提出了一种多项式模型及基于PZT传递函数的前馈开环校正算法对PZT进行建模及校正;最后,在实验系统上对该算法进行了验证。实验结果表明,校正后,相移器的相移误差可被改善,校正前、后位移差小于10%。该系统可有效校正非线性,从而降低非线性相移对测量结果的影响,满足检测光学元件面形的高精度要求。     

基于NiosⅡ的光纤光栅传感系统解调技术的研究

基于Altera公司的32位嵌入式软核处理器NiosⅡ, 设计了一种四通道分布式光纤光栅传感网络的并行波长解调系统, 对解调系统的光路和硬件电路进行设计。解调系统的硬件电路以现场可编程门阵列(FPGA)为核心, 对整形为矩形脉冲的光电转换信号电压进行采集和信号处理, 可与上位机实现通用非同步收发传输器(UART)和通用串行总线(USB)通信, 在上位机上实现光纤光栅波长解调的动态显示和光栅中心波长标定, 可高速、高精度并行解调上百个外界被测信号。与目前具有同样功能的其他波长解调系统相比, 具有灵活、稳定、易维护、高速、高精度等优点, 可被应用到大型多点安全监测工程。给出具体的波长解调和标定的实例, 精度可达到±2 pm。     

高速度高精度光纤布拉格光栅解调的寻峰算法研究

为实现高速度、高精度的光纤光栅传感解调,提出了一种基于状态机的自适应半峰检测寻峰算法。算法通过对FBG反射波形的实时跟踪确定波形数据,通过对波形数据的统计分析得到寻峰阈值,通过校验与补偿精确得到峰值位置。实验测试表明,对于2kHz的解调速度,解调分辨率达到1pm,静态噪声在±2pm以内,长时间测试的稳定性误差在2pm以内,系统动态范围在0～-30db,光功率衰减导致的稳定性误差在4pm以内。这表明,本算法从速度、精度、抗干扰性、稳定性等方面都能够满足高速解调的需要。     

LVDT数字解调方法研究

给出一种基于LVDT的数字解调系统。为了准确地测量铁芯的位置,提出了以基于FPGA的嵌入式系统平台的数字解调系统。与以往方法不同的是不仅对所得次级线圈信号采用加减法,还采用比率检测方法,通过多点的测量得到其线性系数。运用线性插值算法计算误差修正表,并且运用一种映射关系得出铁芯的真实位移值,克服了模拟电路的种种缺点,大大减小误差,还提高了线性度。通过实验证明,此数字解调系统精度最高可达万分之三。     

基于FPGA数字相位调制光外差激光稳频系统设计

为了实现中心波长为1064nm的单频光纤激光器的稳频,采用相位调制光外差（PDH）激光稳频技术,搭建稳频系统光路。分析了相位调制光外差稳频信号以及误差信号特征;设计基于现场可编程门阵列（FPGA）的数字式解调和反馈控制电路,在FPGA中实现对相位调制光外差稳频信号的数字解调,再经数模转换器输出获得误差信号。结果表明,在FPGA中能成功实现对相位调制光外差信号的解调,经Allan方差计算,频率漂移的方差值可达10-11,即所设计的数字系统实现了较高的稳频精度。