光纤F-P腔与FBG复用传感器精确解调方法研究

建立了基于光纤Fabry-Perot(F-P)腔与光纤Bragg光栅(FBG)串联复用结构传感器的解复用数学模型,分析了串联复用中FBG与F-P腔光谱的叠加对各自解调的影响,得到了分离FBG与F-P腔光谱的方法,从而实现双参数测量高精度解调的目的,并采用基于扫描激光器的波长查询系统验证了该方法的有效性。实验结果表明,该解调方法可以消除串联复用时光纤F-P腔与FBG间的交叉干扰,光纤F-P腔的解调数据最大离散值小于0.2nm,FBG峰值反射波长测量数据最大离散值小于0.7pm。     

光纤光栅F-P解调技术及变尺度采样方法

针对武器装备系统的特殊性,提出采用F-P扫描法的光纤光栅解调技术,分析了F-P解调原理,提供了F-P腔的设计、选择方法,指出该方法在实现动态参数检测的困难,为降低电路设计上的难度,采用变尺度采样解决该问题。实验结果表明,该方法能够极大地降低每次F-P扫描时的采样数据量,提高采样数据的效率,可以使解调速度提高5倍以上而对精度没有影响。为光纤光栅传感技术在部队的应用和研究提供条件。     

基于傅里叶变换的F-P光纤传感器阵列设计

通过傅里叶变换在频域中对光纤F-P传感器的透射光谱进行研究,简化了腔长解调的过程,使得腔长解调变得简单且易于控制。主要从理论上分析了光纤F-P传感器透射光谱的特性和影响因素,对光纤F-P传感器的并联复用和串联复用的傅里叶变换解调方法进行了研究和讨论,同时利用数值模拟仿真研究了光纤F-P传感阵列应变传感的规律。     

基于光纤光栅F-P腔的一种新颖传感系统的理论研究

在对光纤光栅F-P腔的反射光谱特性进行理论分析的基础上,提出了一种基于弱反射率、长腔长光纤光栅F-P腔的新颖的传感系统,分析了两种适用于该系统的有效解调方法。讨论了系统参数对传感器性能的影响和系统的优化设计原则。理论研究表明,这种新颖的传感系统可实现温度的精确测量,具有很高的可靠性。     

光纤法布里-珀罗传感器偏振互相关解调系统的复消色差光路设计

光纤法布里-珀罗(F-P)传感器被广泛应用于航空发动机的检测中。偏振互相关解调法是最常用的F-P腔长解调方法。在偏振互相关解调系统中,光学系统的轴向色差会引起零级干涉条纹的偏移和光强的减小,从而降低解调精度并减小信号幅值,因此分析了光学系统的轴向色差对解调的影响。为了减小光学系统的轴向色差对解调的影响,设计了一种应用于偏振互相关解调仪的复消色差光学系统。该光学系统在光楔长度方向上的轴向色差为1.9×10~(-4) m~(-1),最大光程差为0.021λ_0(λ_0为中心波长),光程差远小于F-P腔长。对于特定的解调系统,采用复消色差光路时,零级干涉条纹的测量值偏移量为2.85μm,小于CCD像素宽度的一半,并且CCD任意像素的光照度提高了3.75倍。     

基于M-Z干涉仪的光纤法-珀传感器解调方法

该文研究了一种基于马赫-曾德尔干涉仪(MZI)结构的光纤法-珀(F-P)传感器扫描式互相关解调方法.解调系统中的光源采用C+L波段放大自发辐射(ASE)宽带光源,用于匹配F-P腔的MZI采用可调光纤延时线与压电陶瓷(PZT)式光纤相位调制器等集成光学器件构成,解调系统整体实现相对简便.实验中搭建的MZI,其臂长差在16...     

低精细度短F-P腔的双波长正交解调

提出一种改进的采用双波长技术解调低精细度短F-P腔的方法.设计方案使用1×2密集波分复用器(DWDM)产生两路处于正交状态的输出信号,DWDM的滤波波长采用优化设计方法确定,信号处理采用Arctan算法实现F-P腔长度变化的解调.对变化范围为0.0～0.8 μm的位移进行检测,结果表明,这种解调技术具有无源与精度高的优点,非常适用于低精细度短F-P腔的解调,灵敏度达到0.468°/nm,非线性度仅为1.2%.     

基于动态法布里-珀罗腔的光纤光栅温度传感

提出一种动态非本征法布里-珀罗(F-P)腔对波长的解调方法。利用压电陶瓷(PZT)构建的动态非本征F-P腔调制光纤布拉格光栅(FBG)反射光,理论分析得到调制光强随F-P腔的腔长改变呈类余弦变化。经数值模拟,当PZT在正弦电压驱动下,F-P腔调制输出的类余弦信号因FBG波长的变化产生了信号曲线的位移,且位移量与FBG波长的变化量呈线性关系,此关系可用于FBG波长的解调。通过动态F-P腔与光纤光栅构建的温度测量实验系统,对不同温度下的液体进行实验测试,在35℃～80℃温度变化范围内验证了液体温度变化量与类余弦信号的位移量呈线性关系,其线性拟合度达99.5%。     

基于光纤光栅F—P腔的相位跟踪系统

在对光纤光栅法布里-珀罗(F-P)腔的反射光谱特性进行理论分析的基础上,建立了一种基于弱反射率、长腔长光纤光栅F-P腔的新颖传感系统,并提出了一种适用于该系统的有效解调方法-相位跟踪解调.相位跟踪系统的原理是利用光纤布喇格光栅(FBG)反射波长的漂移特性来测量干涉条纹的数目.用数字跟踪器与条纹积分信号保持相位的平衡,而条纹的积分信号是通过宽带超发光二极管(SLD)的波长调制得到的.实验表明,这种新颖的传感系统可实现应变的精确测量,且这种相位解调方法可应用于其他的干涉系统中,具有很高的可靠性.     

可调腔长全光纤F-P腔纳米位移传感器的实验研究

采用一种可变腔长的全光纤结构Fabry-Perot(F-P)腔作为传感器件构建了纳米微位移传感系统,利用高精度的压电陶瓷驱动器模拟微位移输出.通过频域插值的方式对F-P腔输出光谱解调,计算出腔长值.实验结果表明,输出光谱解调后的腔长值与压电陶瓷实际的驱动量相吻合,静态位移分辨率小于4 nm,最大测量范围可达50 μm.采用对光强进行高频调制和相位解调的方式提高了系统的动态测量精度和稳定性.该系统体积小,灵敏度高,重复性好,并且不受电磁场干扰,便于用M()EMS技术制作成微型传感器.     

薄膜型光纤F-P腔传感器弧形腔效应的补偿

讨论并仿真了薄膜型光纤F-P腔传感器弧形腔效应的补偿.当一个薄膜型光纤F-P腔传感器的形变位移足够显著时,将产生弧形腔效应而使其不再完全服从平行平面腔传播模式规律.此时必须对平行平面腔的传播模式进行修正以符合弧形腔的实际规律.利用基尔霍夫衍射方程对弧形腔模型进行了计算和仿真,确定了弧形腔的散射效应,并基于一种典型腔长解调方法,提出了弧形腔效应下,腔长解调值的补偿方案.     

光纤光栅解调系统的寻峰算法研究

为了提高光纤光栅波长解调系统的反射谱寻优精度,利用遗传算法的未成熟收敛性进行了研究.阐明了遗传算法提高解调精度的原理,以可调谐F-P腔的光纤光栅解调系统为基础,验证了算法的可行性和可靠性.使用MAT-LAB对F-P腔滤波光纤光栅解调系统的反射光谱进行寻峰,得到传感光纤光栅的中心波长.分析了算法中初始种群数量、遗传代数、变异率对的寻优结果影响,并得到一组最佳遗传算法参量.算法精度达到3pm数量级,50次重复计算数据标准差小于0.5pm.结果表明,该算法稳定高效、实用性强,可以显著减小噪声对光纤光栅传感系统的影响,提高解调精度.     

对F-P腔式气体光纤传感器信号解调方法的研究

研究了一种新型的基于法-珀(F-P)腔式气体光纤传感器信号解调的方法。应用F-P腔的多光束干涉原理和气体吸收的朗-比定律建立起检测的数学模型,在理论上设计了其信号的解调方法,模拟分析了有效光程对待测气体浓度的影响及影响该方法检测精度的因素,从模拟结果分析了如何选择腔长的变化范围以确保频率间隔适用于实际测量。该法可在生物检测、航空航天、环境监测等许多领域中广泛应用。     

激光传感通信技术的智慧医疗监测系统

将激光传感通信技术应用在智慧医疗监测领域,设计高监测精度、高传输速率的智慧医疗监测系统。利用激光传感技术设计体温测量模块,模块采用F-P腔匹配滤波解调方法,泵浦源发射光产生宽带光在谐振腔生成激光,抵达光栅后原路反射到达F-P腔中心波长解调,光电探测器接收光栅反射光与F-P腔透射光的卷积,获取体温监测信号;激光跳频通信模块FPGA以串口为中介发送、接收医疗数据,模块的ASK基带编码激光调制依据调制激光循环频率随调制信号基带频率的变换的原理,计算可变基频调制信号,实现医疗数据通信传输。得到以下实验结论:体温测量模块能够提升中心波长,节约模块测量人体体温用时;激光通信模块可连续传输医疗数据,运行稳定。     

基于非对称F-P滤波器的光纤光栅解调技术

介绍了利用非对称光纤Fabry-Pérot（F-P）腔作为边沿滤波器的光纤光栅波长移位检测方案。基于薄膜干涉理论对该非对称F?蛳P腔的反射率响应关系进行计算与分析，得出该F-P腔的结构参数，改善了普通F?蛳P腔的反射特性，具有线性范围宽和线性度好的优点。利用该F-P腔的某一线性滤波边缘,将传感光栅的波长信息转化为功率信息进行检测，可完成光纤光栅的传感波长解调。采用该检测方案进行了光纤光栅应变传感实验,实现了在7 nm范围内的波长线性解调,测量波长分辨率为0.01 nm。     

基于ARM的FBG和F-P通用解调系统的研究

提出一套以ARM处理器为核心的FBG传感器和光线F-P传感器通用解调方案。介绍了基于可调F-P滤波器的传感器解调原理及系统组成结构,搭建光路系统,设计系统电路。系统采用C语言,通过软件ADS2.1进行编程。实验验证,解调系统的测量精度和运算速度能够满足工程应用需要,是一种低成本,便携式的解调系统。     

基于稀疏快速傅里叶变换的光纤F-P传感器腔长解调方法

因光纤法布里-珀罗(F-P)传感器的干涉光信号频谱具有稀疏性,求解腔长时,传统的快速傅里叶变换(FFT)算法需要计算整个频率范围内的频谱成分,计算速度较慢。稀疏快速傅里叶变换(SFFT)算法只需计算干涉光信号的主要频谱成分,通过频谱重排、窗函数滤波、频域降采样,以及循环定位与估值,能快速地计算出信号频谱中K个极大的傅里叶系数,从中找出腔长对应的频率,解调出腔长。该算法结构简单,时间复杂度低。通过分析光纤FP传感器腔长解调系统的实际干涉光信号,验证解调结果的准确性,以及相比FFT算法的高效性。因此,SFFT算法适用于对光纤F-P传感器腔长进行在线实时解调,以实时测量物理量。     

正交解调Pound-Drever-Hall激光稳频系统设计

分析了传统Pound-Drever-Hall(PDH)激光稳频方法的工作原理,设计了一种基于正交解调原理的PDH激光稳频方案。该方案采用直接数字频率合成器同时产生两路频率均为10 MHz的正弦和余弦信号,其中正弦信号分为两路:一路用于驱动电光相位调制器以产生相位边带,另一路与余弦信号一起作为相位解调的参考信号。经相位调制后的激光束耦合进入F-P参考腔,所产生的光外差干涉信号由光电探测器进行探测,其输出信号分别与两路正交参考信号进行混频,经低通滤波后得到误差信号的两个正交分量,二者经A/D转换后进入微处理器进行正交相敏检波运算,即可得到PDH稳频系统的误差信号。建立了正交解调PDH激光鉴频实验系统,对F-P参考腔的腔长进行线性扫描,观察到了鉴频曲线,其鉴频灵敏度为1.82 V/MHz,最大频率变化量为5.48 MHz。实验结果表明,所设计的正交解调PDH稳频方案可行。     

空间扫描型多通道光纤F-P解调系统中LED光功率自适应方法

针对空间扫描型多通道光纤Fabry-Perot(F-P)解调系统中LED输出光功率变化及通道间光 功率损 耗差异引起解调系统信噪比(SNR)下降进而影响解调精度的 现象,提出一种基于差分滤波法评价SNR水平的快速LED 输出光功率自适应调节方法,通过模拟调光方式使低相干干涉信号维持较高的 SNR水平。搭建四通道光 纤F-P压力解调系统进行实验研究,结果表明,本文方法可在0.36s 之内恢复链路损耗突变造成的SNR波 动;在5～150kPa压力范围内,最大压力解调误差为0. 038kPa,解调精度优于0.03%(F.S.)(F.S.表示全量 程), 与以往固定光源功率方法相比,精度提高2.28倍以上;在102kPa下采用本文方法调节后的各通道SNR均优 于 26.5dB,有效提高了光功率变化情况下光纤F-P系统 SNR及解调精度的稳定性。     

基于可调谐珐珀滤波器的光纤珐珀传感解调系统研究

在光纤法珀（Fabry Perot.简称F-P）传感解调系统中,获取传感器反射信号的光谱成分是一种实用的方法,论文从可调谐珐珀滤波器波长选择特性的原理出发,提出使用可调谐珐珀滤波器获取传感器反射信号的光谱,从而实现光纤珐珀传感器的腔长信息解调,并在此基础上使用DSP为控制核心搭建了该系统,实验证明了方案的可行性。