高斯拟合提高光纤布喇格光栅波长检测精度

由于各种光噪声的影响,基于可调谐法布里-珀罗(F-P)滤波器的光栅解调仪解调精度不够高,光路噪声通常会带来10pm量级的波长测量误差.为了提高布喇格波长检测精度,采用了在解调过程中对光纤光栅反射谱进行高斯拟合,从而消减噪声影响的方法.实验发现,拟合后中心波长的测量误差小于2.5pm,温度测量值与实际温度之间的标准方差为0.3°C.结果表明,在有害噪声信号不是非常大的情况下,该方法能有效提高波长检测精度.     

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.     

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 ℃.     

线性斜边滤波器在光纤光栅传感系统中的应用

介绍线性斜边滤波器在光纤光栅传感系统中的应用,根据斜边滤波器波长解调方案的工作原理,主要介绍一种利用斜边滤波器的光纤光栅解调技术．实验采用1530／1550nm的斜边滤波器对单点光纤光栅应变和温度进行解调,结果表明该解调系统具有0．01nm的波长分辨力,该系统结构简单,易于解调．     

光纤光栅传感器的波长解调技术研究进展

光纤布喇格光栅(Fiber Bragg grating,简称光纤光栅:FBG)波长的解调是光纤光栅传感器应用的关键技术之一.在简单介绍光纤光栅传感原理的基础上,综述了近年来国内外多种光纤光栅波长解调系统的工作原理,分析了相应解调方法的优缺点,讨论了当前光纤光栅波长解调存在的技术难点,展望了其未来的研究方向.     

FBG波长高精度解调的研究进展

在恶劣的环境下能准确地检测出光纤布喇格光栅(FBG)波长对工程监测非常重要。综述了在不同的解调系统中提高波长解调精度的方法和波长信号处理方法,主要介绍了基于可调谐激光器、可调谐滤波器和光谱仪的解调系统提高波长校准精确度的研究进展,分析了信号解调过程中的算法对FBG传感解调性能的影响。     

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℃。     

温度及应力变化对光纤光栅布喇格波长的影响

着重讨论温度对光纤光栅的稳定性和反射谱的影响。分析了温度变化引起光纤光栅布喇格波长漂移的机理,为提高光纤光栅稳定性,对布喇格波长的温度漂移进行应变补偿。     

基于Lab VIEW的FBG传感解调技术的研究

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.系统采用了基于迈克尔逊干涉技术的解调方法,将包含被测应变信息的光纤布喇格光栅(FBG)波长信号转变成相位信号,通过以Lab VIEW为核心的虚拟仪器系统检测相位的变化,从而得到被测应变的大小.该干涉解调系统避开了传统解调系统受电磁干扰和环境等方面的影响,因此使测量精度提高.虚拟仪器系统可用于静态应变和动态应变的检测,具有高分辨力、大测量范围的特点.     

基于F-P滤波器光纤光栅解调系统

提出并实验演示了一种基于F-P可调滤波法对光纤光栅波长解调的新方案,利用参考光栅温度与其反射波长关系来检测传感光栅的波长移动量,该解调方法成本低.实验结果证明:采用此方法的解调系统波长测量精度达到5pm以上,有很高的稳定性,具有实际应用价值.     

光纤布拉格光栅传感解调中的寻峰算法

分析比较了光纤布拉格光栅(FBG)传感解调系统的6种寻峰算法:蒙特卡罗(Monte Carlo)算法、直接比较法、二次插值数值微分法、一般多项式拟合法、多项式-高斯公式拟合法和高斯公式非线性曲线拟合法。通过分析算法理论误差,结合算法仿真和实验研究,给出了算法误差及相关影响因素。研究发现输入信号的信噪比与寻峰算法的算法误差呈线性关系,相同条件下,高斯公式非线性曲线拟合法获得的精度最高。在光纤布拉格光栅传感实验系统中,对于信噪比为40dB的输入信号,算法的寻峰精度可达到0.44pm。结果表明,算法输入信噪比是影响寻峰算法中算法误差的决定因素,寻峰算法中的最佳算法为高斯公式非线性曲线拟合法。     

基于FP滤波法噪声影响研究

研究了噪声对光纤光栅解调精度的影响,通过理论分析和实验验证的方法论证了噪声与解调精度之间的关系.对光源施加不同功率大小的噪声,并根据光纤光栅的反射谱来研究光源噪声对峰值检测的影响.采用确定的波长标定方法后,解调系统的精度则主要由系统噪声决定.实验表明,峰值与噪声间的关系与检测精度有关,光栅解调时,精度要求越高,一个FP扫描周期内采集的点越多,要求区别相邻两点光信号功率变化的能力越强,即噪声应越低.     

基于小波变换的高斯曲线拟合在峰值定位中的应用

针对低速率解调仪采样获得光纤布喇格光栅反射光谱解调精度低的缺点,采用了一种基于小波变换的高斯(WTG)曲线拟合方法。利用小波变换对反射光谱信号进行分解,对小波细节分量进行阈值量化处理,在此基础上,运用处理后的细节分量和近似分量对信号进行重构;然后对重构后的信号插值并进行高斯曲线拟合,使用Levenberg-Marquardt(LM)算法优化高斯拟合系数。仿真实验结果表明:与直接寻峰算法、高斯拟合算法相比,WTG算法的峰值定位误差最小,解调精度更高。     

光源噪声对光纤光栅解调精度的影响

采用耦合模型理论对光纤光栅的传输特性进行了分析,运用矩阵法对均匀光纤光栅反射谱进行了数值模拟。分析了光学检测中的噪声来源,并对实验室条件下使用激光器时噪声的大小进行了估算和验证。通过对光源施加不同功率大小的噪声,并根据光纤光栅的反射谱来研究光源噪声对峰值检测的影响。实验表明,激光器的功率噪声对光纤光栅解调精度有很大影响,波长检测精度越高,噪声影响越大,在解调精度达到皮米级时,激光器的噪声应接近量子噪声的极限水平。为光纤光栅技术在高精度装备检测中的应用和研究提供理论基础。     

光纤光栅应力传感器信号检测中双值问题的研究

介绍了采用匹配光纤布拉格光栅解调法(detector FBG)进行强度解调的基本原理，选择反射谱与传感光纤布拉格光栅(sensor FBG)反射谱部分重叠的解调光栅，通过探测解调光栅反射光强的变化进行解调。对这种光栅匹配解调法引起的反射光功率与应力为高斯函数而不是线性对应的问题——双值问题进行了研究，提出了一种新颖的多档光栅并联解调的解决方案，选择并联解调光栅的中心波长和带宽，从而实现所传感的应力与探测到的光功率之间的线性对应，并建立理论模型进行了模拟，从理论上进行了公式推导。最后以两档光栅并联解调为例，用实验证明了该方案切实可行，同时达到的传感范围为522με，测量精度为2．6με。     

基于数字相关匹配的光纤光栅非对称反射峰解调算法研究

光纤布拉格光栅(FBG)在封装时易出现非对称反射峰,传统拟合方式对此现象解调误差大.针对这一问题提出了一种基于数字相关匹配的光纤光栅解调新算法.采用Matlab仿真和水浴实验对此算法进行了检验,证明该算法的可行性及有效性.实验结果表明:在FBG存在非对称反射峰现象时,所提出的算法比传统高斯拟合算法误差减小约67％.基于数字相关匹配的光纤光栅解调算法扩大了解调算法的运用范围,提高了非对称峰时的解调精度,保持了光纤光栅的有效传感.     

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。     

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。     

基于级联长周期光纤光栅的光纤布拉格光栅振动传感器的动态解调

提出一种基于级联长周期光纤光栅(CLPG)的光纤布拉格光栅(FBG)振动传感器动态解调方法。宽带光源发出的光经FBG反射后,进入到CLPG,经过CLPG调制后FBG反射光强会发生变化。通过温度测量实验对监测系统进行静态标定,再将FBG传感器粘贴于铝板表面,采用该系统监测简支铝板结构在低频和高频下的振动信号。系统采集到的动态信号时域波形及频谱与涡电流位移计的测量结果相吻合,表明该监测系统可实现2kHz以下的动态信号测量。