用于周界安防的光纤光栅振动传感系统研究

基于光纤光栅传感理论设计了一种应用于周界安防的低频振动传感器.采用商用解调仪OPD4000对传感器的灵敏度进行了测试,在10～100 Hz频率范围内,传感器灵敏度高于1 000 pm/g.基于非平衡迈克尔逊干涉仪相位载波调制(PGC)解调技术搭建了一套光栅传感器解调系统,实现对传感器低频振动信号的高精度实时解调,使得该系统可广泛应用于机场、监狱、油库、核场所等重要区域的周界安防中.     

基于匹配解调方法的光纤光栅振动检测技术与实验研究

介绍了光纤光栅振动检测原理及优点,建立了光纤光栅加速度振动检测的力学模型,分析岩土、结构、建筑行业低频微振动监测的单点光栅匹配解调方法,利用反卷积方法进行传感光栅中心波长的解调,并进行了模拟仿真和实验分析,通过对低频振动信号应用匹配光栅解调检测以及对信号频谱分析,得知该技术方法可行,能有效检测低频振动.     

金属环封装低频光纤布拉格光栅振动传感系统研制

研制了一种金属环封装的单柱体芯轴式光纤布拉格光栅(FBG)振动传感器,搭建了基于非平衡迈克耳逊干涉仪相位载波调制(PGC)解调技术的FBG振动传感器解调系统,实现了低频振动信号的高精度实时解调,并分析了各参数对传感器谐振频率和灵敏度等特性的影响。实验结果表明,研制的FBG振动传感器谐振频率为388Hz,在10～200Hz频率范围内,传感器的加速度灵敏度约为81pm/g,且加速度响应平坦,起伏小于1dB,与理论分析结果基本一致。研制的振动传感器可实现200Hz以下低频振动信号的实时检测,解调系统的波长检测精度为1.07×10-3 pm,最小可检测加速度为1.3×10-5 g。     

基于小波分析的光栅振动传感匹配检测方法

光栅传感技术具有灵敏度高、测量精度高的优势,采用光栅传感检测振动信号的方式在结构振动测量方面具有广泛应用。研究基于小波分析的光栅振动传感匹配检测方法,将检测振动传感的过程视为匹配光栅解调过程,采用小波阈值去除振动信号噪声,在不同尺度中选取合理阈值,高于阈值的小波系数即为小波预测系数,得到小波预测系数后,依据小波逆变重构去噪信号;基于匹配光栅检测信号原理设计基于单片机的匹配解调系统,解调去噪后的振动信号为光信号,完成光栅振动传感匹配检测。测试结果显示:该方法去噪均方根误差仅为1. 2×10^-3;匹配光栅解调灵敏度高达2. 46×10^-3pm,解调精度相比同类方法高约20%,是一种高性能的光栅振动传感匹配检测方法。     

《学报》与我们共同成长

研究了一种基于长周期光纤光栅的振动传感器波长解调方法,可解调波长范围为1 522～1 538 nm.宽带光源的出射光经光纤布喇格光栅反射后,入射到长周期光栅,经长周期光栅调制后光纤布喇格光栅反射光强会发生变化.通过对谐振波长处光功率的探测,实现光纤布喇格光栅静态、动态信号的监测.通过温度测量实验对监测系统进行标定,实验中光纤布喇格光栅传感器波长偏移量与系统输出电压成线性关系,比值为0.01 nm/mV.将传感器粘贴于铝板表面,采用该系统解调简支铝板结构的微小振动引起的波长变化.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,表明该系统可实现1 kHz以上的动态应变测量.     

基于匹配滤波解调的光纤光栅振动传感器设计

为了弥补现有振动传感器的不足,在分析匹配光栅解调原理的基础上,设计了一种新型的光纤光栅振动传感器.该传感器采用了梁式结构,可以通过调节梁改变传感光栅的中心波长和传感器的固有频率,既可以实现匹配解调,又扩大了频率测量范围.通过标准信号测试实验,得出该光纤光栅振动传感器具有良好的频率检测性能,频率测量范围为0～200 Hz,在20 Hz、190 Hz检测的波形具有良好的信噪比.     

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。     

基于光纤光栅的传动齿轮模态分析

利用光纤光栅传感器实现了基于快速应变响应的传动齿轮模态分析。基于波分复用技术组建光纤光栅传感网络,根据光纤光栅的应变响应数据完成齿轮的应变模态分析,并与基于声压传感器的齿轮试验模态分析结果进行对比,固有频率相对误差小于0.1%。为了实现光纤光栅传感器的快速应变采集,搭建了一套光纤光栅快速解调仪。该解调仪是基于体相位解调的单通道快速解调仪,采样速率最高为35kHz,使用LabVIEW编写了光纤光栅信号采集和解调软件。基于光纤光栅的齿轮应变模态分析方法附加质量小,比传统加速度传感器测量结果更准确,能够适应小型齿轮箱内部复杂和恶劣的测量环境,具有一定的应用价值。     

一种基于单一椭圆铰链的光纤光栅加速度传感器

针对加速度传感器在振动分析与故障诊断中的需 求,提出了一种基于椭圆铰链的光纤布拉格光栅加速度传感器,椭 圆铰链和质量块组成加速度传感器理论模型的弹簧质量系统。首先,根据传感器结构的力学 模型,推导出了传感器的灵 敏度和谐振频率的计算公式,进而分析了传感器的结构参数对灵敏度和谐振频率的影响;随 后,采用Lingo软件对传感 器参数进行了最优化分析;最后,基于优化结果设计制作了光纤布拉格光栅加速度传感器, 测试了该传感器的灵敏度、 幅频响应和横向抗干扰等性能。结果表明,传感器的谐振频率约为750 Hz,灵敏度约为128 pm/g,横向抗干扰度小于5%,可用于350 Hz以下的低频微弱振动信号的实时监测。     

一种新型滑动杆式光纤光栅振动传感器研究

为了提高振动传感器对加速度信号测量的灵敏度 ,本文提出了一种新型的基于悬臂梁和滑动杆结 合的光纤光栅振动加速度传感器。详细阐述了传感器的结构和工作原理,并推导了传感器固 有频率和灵敏 度的理论公式。最后通过振动台测试了传感器的固有频率和灵敏度,并和光纤光栅仅沿光纤 轴向上受力的 实验数据进行了比较。实验结果表明,传感器频率响应曲线的平坦区域在10～38Hz之间,传感器的固有频 率为62Hz,灵敏度为52.8pm/g。与光纤光栅 仅沿光纤轴向受力的实验相比较,加速度灵敏度提高了70.8%。     

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.     

光纤Bragg光栅低频振动传感器的特性研究

设计了一种安装于双圆柱弹性环内并由多条弹性薄片条组装成的桶形骨架作为光纤Bragg光栅(FBG)振动传感器基底的传感结构,振动传感器的谐振频率为440Hz,加速度灵敏度约为76.4pm/g,采用相位载波调制式FBG振动传感器解调系统进行解调。实验结果表明,本文传感器经双圆柱弹性环对横向振动约束处理后,其幅频特性在20～300Hz频率范围内呈现出平坦的水平直线,对应于位相角φ=0处的相频特性曲线也呈现出平坦的水平直线,适合于工程技术中20～300Hz的振动信号实时检测。     

具有温度补偿功能的双匹配FBG振动传感系统研究

为了提高光纤Bragg光栅(FBG)振动传感系统的 解调灵敏度和解调范围,消除环境温度对解调信号的影响,设计了一种具有 温度补偿功能的双匹配FBG振动传感系统。系统采用两个中心波长对称地位于传 感FBG两侧的透射式匹配FBG,建立 了两个互补对称的传感通道,并利用差分原理实现振动传感。通过Matlab软件对系统性能进 行了仿真分析,结果表明,与传 统方法相比,本文方法有效地提高了系统解调灵敏度和解调范围。将匹配FBG与热电制冷器( TEC)集成封装,并建立温度补偿判断通道,当 判断通道输出电压超过已设置好的阈值时,利用TEC改变封装环境温度,使匹配FBG 与传感FBG中心波长重新匹配, 实现系统温度补偿。经实验测试,系统的归一化解调灵敏度为5.168/ nm,解调范围为1.2nm,判断通道的归一化阈值电压 为0.890。在4种不同环境温度下,利用本系统 对同一振动信号进行测量,实验结果验证了系统温度补偿的可行性。     

基于激光干涉法的谐振式高加速度振动传感器校准技术研究

校准是保证振动传感器测量结果准确和可靠的重要手段.针对传统中频校准装置无法提供高加速度振动激励以及高加速度振动量值无法溯源的问题,开展基于激光干涉法的谐振式高加速度振动传感器校准技术研究.基于谐振原理建立谐振式高加速度振动发生装置,实现高加速度振动发生;建立外差激光干涉法绝对振动校准系统,通过对外差激光干涉信号的直接采...     

基于非切趾短FBG光栅的小信号测量方法

为解决基于图像传感器的FBG解调系统精细测量的问题,提出了使用非切趾FBG测量弱信号的方法。设计出了非切趾FBG反射谱近似模型,采用对数放大的方法提高非切趾FBG的旁瓣,在较宽的光栅频谱范围内,进行光谱相关解调并给出解调算法。基于蒙特卡洛方法对非切趾光栅测量仿真,并搭建实验系统对非切趾FBG、宽带高斯光栅进行对比测量实验。研究结果表明,基于非切趾FBG的弱信号测量方法可有效提高波长测量精度,通过相关解调,可使测量精度达到宽带光栅的2倍。     

新型光纤Bragg光栅振动传感系统

分析并实验研究了一种基于机械感生长周期光纤光栅(MLPFG)解调的新型光纤Bragg光栅(FBG)振动传感系统。利用机械线加工技术(MLPT)为制作周期为600μm、长为60mm的不锈钢槽板,采用机械感生法写制了中心波长1539.820nm、谐振线性边带大于6nm的MLPFG作为滤波器。选用中心波长为1542.400nm、3dB带宽为0.3nm的FBG设计振动传感器,通过附加电磁阻尼提高了稳定性,扩大了无失真频率测量范围。实验表明,该振动传感系统具有良好的动态响应特性,响应频谱与激振信号完全吻合,频率测量范围为10～3×103kHz,并具有良好的冲击振动响应。     

基于柔性铰链结构的高灵敏度低频光纤光栅加速度传感器

设计了一种基于柔性铰链结构的光纤光栅加速度传感器,进行了结构理论分析,并构建有限元模型仿真分析了传感器的加速度传感特性。基于F-P滤波器构建了具有温度自补偿功能的光纤光栅加速度检测系统,并通过增加反馈控制电路,对F-P滤波器进行反馈控制,实现了系统的零点自温度补偿。对系统的特性进行了实验测试,结果表明:系统对加速度的连续激励信号和冲击激励信号均有良好的动态响应,系统的固有频率为380.0 Hz,动态响应范围可达65.6 dB,频率响应范围为10.0 ~240.0 Hz,灵敏度为236 pm/g,所设计的加速度传感器具有较强的横向抗扰能力,干扰方向灵敏度仅为工作方向灵敏度的3.5%。