基于ARM的嵌入式光纤布拉格光栅解调系统

分析光纤光栅传感原理,阐述可调光纤F-P滤波器的工作机理和特点,并介绍了基于ARM实现光纤布拉格光栅（FBG）传感器的解调系统的硬件结构和软件设计。采用三星公司的S3044BOX对经过可调谐F-P腔解调后的波长信息进行采集,并对得到的数据进行处理。实验结果表明系统可以满足一般的工程要求。     

法拉第旋光器温度特性对无源解调全光纤电流互感器的影响

无源调制式光纤电流互感器在原有的In-line光纤电流互感器结构基础上加入了22.5的法拉第旋光器用以达到将信号检测的工作点移到最敏感的位置且同时提高系统的抗扰度的目的。为促进无源解调型全光纤电流互感器的实用化进程,根据制备法拉第旋光器的法拉第晶体温度特性,从理论上分析了法拉第旋光器温度特性对无源解调全光纤电流互感器温度稳定性的影响,并针对不同种温度特性各异的法拉第晶体采用数值计算的方法对法拉第旋光器温度特性对系统输出的温度稳定性的影响进行了评估。     

配网供电系统中光纤光栅测温研究

为解决输电导线温度实时在线测量误差大的问题,并保障线路运行安全和提高线路输送效率,将光纤光栅测温技术用于输电线的在线测温。通过在单根光纤上串联多个不同中心波长的光纤光栅组成准分布式传感阵列,不同中心波长的光纤光栅与待测结构的光纤上各测量点相对应,当反射光经传输光纤从测量场返回时,波长解调设备会探测到波长改变量,并将其转化成电信号,从而可得到待测结构中各点的温度。在实际应用中,实现了对线路导线温度的实时监测,为运行人员提供了科学的测量数据,提高了线路的输送能力。     

光纤光栅解调技术在电力系统中的应用

实现对电力设备的温度监测是电力系统安全与稳定的重要保障。文章比较了光纤光栅传感器和传统传感器的性能,介绍了光纤光栅传感器的工作原理,设计并实现了基于可调谐F-P滤波器的光纤光栅波长解调系统,并就光纤光栅解调技术在高压开关柜、电力电缆、高压变压器绕组等电力系统设备温度监测中的应用进行了介绍。     

基于 F-P 标准具非线性波长校准的 FBG 传感系统解调方法

针对光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating, FBG)解调系统在变温环境下由于波长漂移引起的解调精度不足问题,提出了一种基于法布里-珀罗(Fabry-Perot, F-P)标准具非线性波长漂移校准的FBG传感系统解调方法。研究建立了引入F-P标准具的FBG解调系统,设计了基于F-P标准具非线性误差补偿的波长校准流程,搭建了FBG解调系统在航空航天实际应用环境中的模拟实验系统,并在恒温及变温环境下进行了实验测试。实验结果表明,本文所提出方法在恒温及变温环境下的传感系统解调稳定性在±0.6 pm及±1.1 pm以内,且在变温环境下传感系统解调的波长漂移量从20.3 pm减小到0.7 pm。验证了解调方法的精度和稳定性,为航空航天等领域的结构健康监测提供了参考。     

基于FARADAY旋光镜的光学电流互感器分析与试验研究

为解决全光纤电流互感器因采用相位调制器、性能要求高的电子元器件以及复杂的调制解调算法等导致其成本高的问题,提出了一种基于法拉第旋光镜(faraday rotation mirror,FRM)的光学电流互感器(optical current transformer,OCT)方案;分析了该OCT的电流传感原理以及信号获取方法,试验研究了其电流测量精度和温度性能、谐波准确度以及振动特性,试验结果表明其满足5P20的要求,在-40～+50℃范围内,光纤传感环对该OCT系统误差影响不超过0.75%;OCT光纤传感环在承受10g的加速度冲击过程中,系统无异常信号输出。研制的该OCT主要技术指标满足中高压交流输电系统中保护级电流互感器的精度要求,可用于架空线—电缆混合线缆故障区域判别电流测量、分接开关故障电流监测等。     

便携式光纤电流互感器误差分析及补偿方法研究

针对电解铝行业现场测试环境复杂的问题，提出了用一种便携式光纤电流互感器结构来代替传统固定光纤电流互感器。分析了温度对波片延迟度的影响，采用了一种变速旋转光纤代替传统的波片来抑制温度的影响；根据传感环柔性安装过程所导致的光路不闭合问题以及导体偏心位置进行研究，设计出一种柔性安装传感环骨架代替传统光纤环，降低不均匀磁场所带来的影响。该光纤电流互感器在-20～70℃温度下输出比差小于0.2%，同时在100～3 000 A的直流电流测试中满足0.2级的精度要求。     

一种高精度光纤光栅传感器解调系统

如何实时检测传感光栅Bragg波长的微小偏移,是光纤光栅传感器实用化面临的关键技术.本文选择线性滤波法解调光纤光栅传感器.为使设计的解调系统具有结构紧凑、便于携带、使用方便、适用于野外作业的特点,并达到系统对测量精度和动态范围的要求,本文采用锁相放大电路和24位高精度A/D转换模块采集有用信号,降低了噪声,提高了信噪比,并且节省了系统的空间.同时,本文采用USB接口模块使数据存储和数据传输方便快捷,满足解调系统用于现场测量的要求.文中给出了系统的硬件设计和软件实现.最后通过实验和数据处理证明了该系统的精度.     

消除振动敏感性与温度漂移的光纤电流互感器

振动敏感性和温度漂移是基于法拉第效应的光纤电流互感器的两大缺点,限制了其在恶劣环境下的工程应用。为此设计并验证了一种消除振动敏感性与温度漂移的新型光纤电流互感器。采用双线绕法绕制光纤线圈;在线圈的传感光纤中点处耦合一个半波片;将位于传感线圈输入端口的一个1/4波片的耦合角度旋转90°。使用琼斯矩阵方法分析了新互感器对振动敏感性和温度漂移的消除。使用低频振动实验台和高低温箱的实验结果表明,新型的光纤电流互感器能够在外界振动频率10～400Hz、振动加速度0～20g(g为重力加速度)的环境下稳定测量100～1000A的电流,系统线性度良好,相对偏差不超过±0.2%;在-50°C～50°C温度范围内基本消除了温度漂移。该互感器结构简单、精度高、抗干扰能力强,为光纤电流互感器的设计提供了新思路。     

基于光纤测温法的电流互感器

提出了电流-温度传感新方案,它在解决光纤电流互感器性能不稳定问题上有突出的理论优势。文中建立了电流-温度传感的数学模型,分析了暂态、稳态特性,给出了光纤电流互感器实验装置及测量结果。理论分析及实验测试表明,只要技术措施得当,采用本传感方案实现全光纤电流互感器是可行的。     

高精度光纤光栅振动解调系统研究与应用

为实现工程系统中对振动信号的检测,提出了一种基于衍射光栅的光纤布拉格光栅(FBG)振动解调系统。解调系统通过色散成像原理获取传感器反射光谱,由所设计的嵌入式单元进行信号处理,并通过专用的上位机解调软件完成数据处理与分析。将系统封装为解调仪器,能实际应用于振动信号的探测。所设计的系统波长解调范围为1 525～1 570 nm,波长重复性可达±1 pm,分辨率为0.5 pm,可实现8通道复用测量,最高光谱解调速度可达10 kHz。实验结果表明,该FBG振动解调系统能够高精度测量不同频率与幅度的振动信号,最小可探测应变约为0.319με/Hz^1/2,在结构安全监测等领域具有重要的应用前景。     

单片机光纤光栅传感器匹配解调系统

通过对双光纤光栅并联匹配解调原理的研究,提出了基于MSP430F1612单片机的光纤光栅传感器解调系统。利用曲线拟合的方法对压电陶瓷驱动电压与波长偏移量的数据进行拟合计算,实现光纤光栅解调的目的。本文给出了该方案软硬件设计,并对匹配解调法的发展前景进行了论述。     

应用光纤Bragg光栅的新型直流电流测量方法

光学电流互感器因具有许多传统电磁感应式电流互感器无法比拟的优点,具有广阔的应用前景,但目前国内应用于直流测量的研究报道较少。为此基于光纤Bragg光栅的应变敏感性和磁性材料的磁致伸缩效应,提出了一种新型直流电流测量方法。在详细分析超磁致伸缩材料(GMM)调制光纤光栅时存在的磁滞非线性以及测量精度的温漂问题后,通过施加合适的偏置磁场、预压应力,改善了磁滞非线性特性,利用光纤Bragg光栅的可串联特性设计温度补偿系统,解决了温漂问题,实现了光纤Bragg光栅(FBG)波长漂移量与轴向应变量的线性调谐关系,并以此设计了实验样机。实验表明,该装置具有结构简单、线性度好、灵敏度高等特点。该方法为高压直流输电电流检测提供了一种新的有效手段。     

光纤布拉格光栅解调系统的光谱数据高速传送方法

针对工程应用中使用光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)测量炮膛温度瞬变、高频振动等信号时光谱成像法数据传输带宽高的需求,提出了一种基于直接存储器访问(direct memory access,DMA)的光谱数据高速传送方法,设计了基于Zynq的光谱数据高速传送硬件逻辑,利用光谱成像法原理搭建了FBG解调系统,实现了DMA方式的光谱数据同步传送以及FBG波长解调计算.数据传送仿真实验与FBG中心波长解调结果表明,解调系统可以将FBG光谱数据进行高速传送,数据传输带宽为320 Mbit/s,解调速率达到34 kHz,光谱数据传送具有较高的稳定性.     

基于CCD解调的光纤光栅电压传感器

电能质量的好坏直接影响用电设备和电力系统能否正常运行,精确测量电压幅值和频率是分析电能质量的关键。提出了一种基于CCD解调的光纤光栅(FBG)电压传感器,利用压电陶瓷的逆压电效应改变粘贴在压电陶瓷上的FBG波长,采用CCD模块实时解调FBG波长的变化,提取被测电压的幅值和频率信息。理论分析了加载电压与光栅波长变化的关系,搭建了带温度补偿的传感系统,实验研究了传感器的静态、动态特性。实验结果表明,该传感器的线性拟合度为0.995,非线性误差为2.998%,电压灵敏度达到8.47 pm/V,能较好检测正弦电压的频率以及谐波信息,这为在复杂环境评估电能质量提供了参考。     

基于光纤光栅传感器的变压器内部温度测量技术(英文)

Thermal modeling of the power transformer to estimate the internal temperature only reflects the winding hot spot to a certain extent. The application of optical fiber sensors to measure transformer internal temperature directly can obtain the true temperature with high accuracy and stability and overcome the shortcomings of traditional electric sensors. It analyses the measuring principle of FBG(fiber bragg grating)sensor, and constructs transformer internal temperature measurement platform with FBG temperature sensors, then adopt short-circuit method to simulate the process of winding heat under different load conditions. Finally the measurement of transformer internal temperature is conducted respectively with FBG temperature sensors and thermocouples. Comparison and analysis of the results shows that FBG sensors can effectively measure the internal temperature of the transformer.     

FP型传感器局放声测系统的仿真研究

为在线测量变压器油中局部放电产生的超声波,建立了非本征型光纤法珀(FP)传感系统,传感器的传感单元FP腔由石英膜和尾纤端面组成,声波作用于石英膜上产生振动调制入射光波,通过解调含有局放信息的输出信号,可对变压器运行状态进行在线检测。针对FP传感器加工工艺要求高且工业上难以实现的问题,建立了光纤光栅解调系统,该系统具有全介质结构和抗电磁干扰特性。系统仿真和计算结果表明,增加石英膜半径和FP腔的端面反射率,可提高系统灵敏度;通过选择合适的FBG,可得到理想的系统传递函数。