大容量高速光纤光栅解调系统的数据压缩传输

提出了一种基于硬件差分压缩的数据传输方法,以实现大容量高速光纤Bragg光栅(FBG)解调系统中对大数据量的高效率传输。方法根据FBG峰值数据的特征进行差分处理减少数据量,并结合Lempel-Ziv-Welch(LZW)字典压缩算法消除数据冗余,最终实现大容量高速FBG解调数据的实时传输。数据处理与压缩算法在FPGA上进行硬件实现,数据吞吐率高。根据实验测试,在4kHz解调速率下,FBG静态信号数据压缩率达到16.56%,动态信号数据压缩率达到36.25%。测试结果表明,本文方法在航空发动机动态监测系统平台实验中压缩效果良好,能够有效解决在硬件资源受限下巨大数据量的传输问题。     

基于滤波器的Bragg光纤光栅解调系统

线性滤波器的FBG解调原理是:根据滤波光与参考光的比值和波长之间的关系来判断比值变化时引起的外界物理量的改变。传统的滤波解调系统中对波长和比值的关系按线性处理,而线性滤波器的滤波曲线本身不是完全的线性。实验中,理论上推导出比值和滤波器的透过率之间成正比关系。对温度和应变相对应的比值和波长进行分开处理,应变为零温度发生变化时,波长和比值在数据拟合时加入高次项按非线性处理。温度一定压力改变时对波长和比值按线性处理。拟合结果表明:非线性拟合情况下波长与比值的曲线与滤波曲线相似度很高,不同温度下对应的曲线上,同一比值相对应的波长差相等。     

基于非均匀采样的光纤光栅解调系统

鉴于重叠多光纤Bragg光栅(FBG)传感器均匀采样时遇到的数据频谱混叠问题, 提出利用扫描周期随 机变化的正弦波实现传感FBG的非均匀采样方法,并在一种基于可调谐F-P滤波器的 FBG解调系统中得到成功应用。实验结果显示,本文方法能够很好避免混叠现 象,并且还能以低于Nyquist采样频率对信号进行采样分析。     

光纤光栅高速动态振动信号解调技术的研究

研究了一种基于放大自发辐射光源(ASE)的光纤布拉格光栅(FBG)振动传感解调系统.利用改进光源的基础上,在线性边带的上升沿2.5 nm范围内,线性拟合度达到了0.999 4,实现了波长线性解调,动态测量范围达到40～50 dB.实验表明,本文提出的解调系统结构简单、响应速度快、输出线性好,适合高速动态信号的检测.     

基于级联长周期光纤光栅的新颖温度传感器

设计了一种基于级联长周期光纤光栅(Long period fiber grating)的新颖温度传感器.理论上得到光栅间光纤的长度随温度增加变化时,级联LPG的干涉峰将线性地向长波方向漂移,其消光比亦将呈现线性变化.实验上制作出了基于级联LPG的光纤温度传感器.利用其某一干涉峰的中心波长和消光比测量温度变化时,测量灵敏度分别为0.0353 nm/℃和0.0684 dB/℃.基于级联长周期光纤光栅的温度传感器具有广泛的应用前景.     

基于保偏光纤的高精度光纤光栅传感解调方案

提出一种基于线偏振光干涉原理的无源波长解调系统.在普通光纤环镜中引入双折射效应.光纤环镜的反射(透射)光强足耦合器分光比K、温度t、保偏光纤长度L和两端偏振方向夹角的函数.在单调区间内反射(透射)光强与t存在对应关系.通过测定光强口可求得t.利用矩阵光学原理建立理论模型,研究了保偏光纤长度、耦合器耦合系数、偏振光入射夹角对光纤环镜(FLM)反射(透射)光强与入射光波长关系影响的特性,设计了基于保偏光纤环镜的分辨率可控的干涉型解调仪.用自制光纤光栅作为传感头监测温度变化,数据显示该系统对温度的测量平均精度可达0.03℃,准确度±0.1℃.     

基于拍频解调的光纤激光温度传感系统

为了提高光纤激光器的温度灵敏度和数据完整性,提出了一种基于拍频解调的光纤激光温度传感系统。利用光纤激光谐振腔中的光纤布拉格光栅（FBG）进行温度传感,将FBG的波长变化依次转变为谐振腔内的波长变化和光纤激光器拍频信号的频移变化,大幅提高了系统的灵敏度。通过Python程序实现秒级数据自动采集及保存,提高了工作效率。用矩形框中心点位置法代替直接寻峰值法对温度信号进行解调,可避免频率抖动较大引起的误差。相比光学解调技术,该系统利用成熟的电学解调技术解调,无需昂贵的波长解调仪,降低了解调成本。实验结果表明,该系统具有较高的灵敏度和测量精度,平均灵敏度为74.087 kHz/℃,测量精度为0.47×10-3℃。     

高分辨率光纤光栅温度传感器的研究

报道了一种具有高分辨率和高效且价廉的解调系统的光纤布拉格光栅(FBG)温度传感器.提出了光纤光栅的金属槽封装技术,以提高传感光栅的温度灵敏性.研究了金属槽封装光栅的温度灵敏性,理论分析和实验结果表明,封装光栅的温度灵敏系数比普通裸光栅提高了3.6倍.系统利用一长周期光栅(LPG)作为线性滤波器,宽带光源经此长周期光栅调制后入射到传感光栅,可解调布拉格传感光栅的波长位移.理论分析与实验结果一致,系统可达到的温度分辨率为0.02℃.     

基于波长与强度双解调的光纤温度传感器

为了更好的了解光纤传感原理,并提高温度光纤传感器的各方面性能,提出一种新型的具有波长与强度双解调的光纤温度传感器。将30mm的保偏光纤(PMF)的两端分别与单模光纤(SMF)进行腰椎放大熔接,形成两个腰椎,构成全光纤马赫泽德尔(M-Z)温度传感器。温度的变化将会引起光纤的纤芯模与包层模相位差的变化,从而导致干涉光谱的变化。以25-70℃作为测试温度,通过光谱仪(OSA)监测宽带光源经传感器后的干涉光谱。实验结果表明,温度升高,特征峰波长在向长波长方向移动,并且其强度在逐渐增大。因此,采用波长与强度双解调的方法对温度进行测量,其灵敏度分别为0.127nm/℃和0.32dB/℃,对应的分辨率分别为0.16℃和0.03℃。这个双解调的全光纤温度传感器制造简单、成本低、体积小和结构稳固,而且具有很高的分辨率,因此适用于实际测量。     

光纤光栅传感系统有源时域解调技术

将传感光栅用作环形器光纤激光器的端镜，腔中接一受压电陶瓷(PZT)驱动的具滤波功能的匹配光栅，受正弦波电压信号驱动，通过观察同一驱动周期中激光输出两谷值在时域中的间隔，进而判断作用在传感光栅上的轴向待测应变。在-140-720με范围内，其传感分辨率为1．8με，灵敏度为88．152με／ms。理论和实验均证实该装置的感测结果不受环境温度变化的影响。     

基于嵌入式系统的光纤光栅解调系统的研究

对基于DSP和ARM的光纤光栅解调系统进行研究。针对以DSP,ARM为核心的系统电学部分进行设计;对信号解调算法的软件实现进行研究;最后,叙述了系统整体搭建的情况,同时还分析了对系统进行整体测试的情况,将理论研究运用到实际系统中,得到的实验结果验证了系统的实用性。     

啁啾光栅解调的准分布式光纤Bragg光栅传感器

为了提高光纤Bragg光栅(FBG)的应用范围.提出一种线性啁啾光栅(CFBG)解调的准分布式FBG传感系统.利用波导理论分析了CFBG特性;利用传输矩阵法推导了CFBG反射谱模型及波长与相位延迟的关系,并给出了相位延迟曲线.实验表明:所设计的系统应变测量范围为0～2000 με,温度测最范围为0～80℃;相位变化与被...     

A high-precision system of fiber Bragg grating temperature sensing demodulation based on light power detection

A system of fiber Bragg grating (FBG) temperature sensing demodulation based on light power detection is proposed in this paper. Compared with the traditional demodulation method based on wavelength scanning, light power detection is more direct and avoids the use of spectrometer. Moreover, the light power in the system is converted into the electrical signal by the receiver optical subassembly (ROSA) and converted to the digital signal. The micro controller unit (MCU) processes the digital signal to realize the real-time temperature monitoring, which avoids the use of optical power meter (OPM). With the advantages of simple structure and low cost, the system is portable and practical. The experimental results show that the linearity coefficients R-square between light power and the sampling voltage are 0.999 08 and 0.998 93 in the temperature range from 10 °C to 85 °C, respectively. According to the results, the proved sensor has a repeatability error of 1%, a linearity error of 1.35%, and a hysteresis error of 0.7%, which indicates that the system is of high stability and high precision. The experimental results are consistent with the theory, which verifies the system''s feasibility.     

基于光纤Bragg光栅的生物膜厚度及温度传感器

提出一种基于单端腐蚀结构的光纤Bragg光栅(FBG),用于膜反应器内生物膜厚度和温度的同时测量.给出单端腐蚀FBG对外部介质折射率(SRI)与温度同时测量的理论模型,制作腐蚀区直径约为7.1～7.4μm的单端腐蚀FBG传感器.实验结果表明,传感器在SRI为1.333～1.355内具有较好的线性度,折射率灵敏度为6.8...     

基于FPGA的光纤光栅解调系统的研究

波长信号的解调是实现光纤光栅传感网络的关键,基于现有的光纤光栅传感器解调方法,提出一种基于FPGA的双匹配光纤光栅解调方法,此系统是一种高速率、高精度、低成本的解调系统,并且通过引入双匹配光栅有效地克服了双值问题同时扩大了检测范围.分析了光纤光栅的测温原理并给出了该方案软硬件设计,综合考虑系统的解调精度和FPGA的处理速度给出了基于拉格朗日的曲线拟合算法.     

基于FBGA光纤光栅解调系统的实时校准方法

针对海洋仪器高精度、大范围、快速的测温需求,提出基于FBGA （Fiber Bragg Grating Analyzer）的光纤光栅解调方法,并针对其自身温漂现象提出一种基于F-P标准具的波长实时校准方法,进而减小系统误差,提高系统测试精度。通过对系统整体测试,引用实验数据具体说明采用提出的方法可使系统测温重复性绝对误差保持在±0.1℃以内,具有与MOI 系统（Micron Optics）相当的解调精度。采用本方法的解调系统具有优良的测试特性,同时小型化、低成本的优势使其更具有实用价值。     

基于长周期光栅滤波的光栅解调系统

基于长周期光栅的边缘滤波特性,设计了一种光纤布拉格光栅的传感解调系统,适用于布拉格光栅的静态和动态解调。系统实现了3.5 nm范围内的线性解调,波长灵敏度为0.092 nm-1,波长分辨率可以达到0.01 nm。振动测量中检测信号稳定,测量频率误差在1%以内。针对长周期光栅对温度和弯曲敏感的问题,采用了适当的温度补偿和封装技术,使长周期光栅的温度漂移系数从112 pm/℃下降到45 pm/℃,显著提高了系统的稳定性。     

基于F-P滤波器的光纤光栅解调系统的优化设计

为了提高基于法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)滤波器的光纤光栅波长解调系统的性能,提出了一种采用新型光纤梳状滤波器作为参考波长装置的解调方案.新型光纤梳状滤波器由两个啁啾光栅和一个光耦合器组成,与传统的参考光栅相比可以为解调系统提供更多的参考点.优化后的解调系统重复性好,运行更稳定、精确.     

光纤光栅传感器信号解调方法综述

当光纤光栅传感器上的温度或应力发生变化时,布拉格反射波长也随之发生漂移,根据这个漂移量便可判断待测量大小,因此,人们提出了许多解调方法.文章论述了几种常用的光纤光栅传感器信号解调方法,分类评述了这几种方法的工作原理和性能,分别给出了其典型的实验原理图,并对其优点和缺点进行了分析比较.     

光纤光栅传感系统信号解调新技术研究

信号解调是光纤光栅传感系统实用化所面临的最大难题,其核心问题在于设计高分辨率、低成本的波长检测方案。总结了光纤光栅传感信号解调的一般原理和技术难点,对常用解调方法进行了分类和归纳。目前报道的主要解调方法是滤波法、干涉法和可调光源扫描法。针对不同的解调方法,重点介绍了它们的工作原理及性能特点,评价了其优缺点,并分别给出了它们的实验原理图。对目前最有应用前景的可调谐F-P滤波法进行了详细的介绍和分析,并加入了对原有方案的改进,用气体吸收池代替原来的参考光栅。