光纤低相干干涉测量法的光谱域处理技术

使用低相干宽带光源可使光纤传感器系统实现高分辨率和大动态范围。本文介绍了在具有这种特点的光源下应运而生的光谱域处理技术。     

干涉技术在光纤传感器设计中的应用

介绍了干涉型光纤传感器的基本原理,结合实例阐述了各种干涉型光纤传感器的设计方法与实现技术,讨论了光纤传感器所用光源的选择,举例说明了干涉仪在大规模、长距离传感系统中的应用方法,并展望了这类光纤传感器的发展前景。     

光纤压力传感器的理论与实验研究

本文论述了一种光纤传感器的理论和实验结果,用单模光纤作为Mach-Zehnder干涉仪的两臂,在光源相干长度内、两臂光程几乎相等时,则两臂的光相遇时形成一系列干涉条纹。当两根光纤受到不同压力时,两束光就发生相对相位变化,从而干涉条纹的花样产生位移.本实验就是通过测量这种位移来确定光纤所受的压力。这样就可以将本装置作为压力传感器.     

全光纤微型珐-珀干涉式高温传感器

通过在单模光纤SMF28e后有轴心偏移地熔接一段特种光子晶体光纤(MM-HNA-5)制作了一种全光纤微型珐-珀(F-P)干涉仪.分析了这种干涉仪的光学原理和形成机理,并利用MM-HNA-5光纤热光系数较大的特点,将这种干涉仪应用于温度测量.实验结果表明:这种干涉传感器可测量的高温范围可达1 200℃,远大于常规传感器的测量范围,且当干涉腔长为3.46 mm 时,其光程差的温度灵敏度约为103 nm/℃,线性度为O.995 7.可以预见:这种结构稳定、体积小、精度高、测温范围广的全光纤F-P干涉温度传感器在国防及民用工业中将具有极大的潜在应用价值.     

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...     

基于波导调制器的全保偏光纤微振动传感器

为了解决干涉型光纤传感器中光源频率调制深度与干涉仪光程差的相关性,以及压电陶瓷(PZT)调制的高频限制和非线性效应,设计了全保偏光纤马赫一泽德干涉仪结构,引入保偏光纤波导相位调制器替代常见的光源调制及PZT调制,采用低噪声单频保偏光纤激光器作为光源,通过相位载波零差解调方法,实现了微振动信号的保真拾取.通过波导调制器的引入,增加了系统的灵活性和频响范围,并使灵敏度达到了10-5 rad/Hz1/2量级.     

基于Sagnac组合型干涉仪的光纤分布式扰动传感器

提出并研究了基于Sagnac组合型干涉仪的光纤分布式扰动传感器。扰动作用在传感光纤上引起传输光波相位的变化,可以通过Sagnac干涉仪进行检测。所提出的光纤传感器包括三个Sagnac干涉仪,它们共用一个宽带光源(BBS),并通过两个光电探测器(PD)检测干涉信号。由于宽谱光源的相干长度很短,因此只有经历相同路径的两束光会发生干涉,这样的路径存在三条。其中一个光电探测器检测有着相同环路长度的两个Sagnac干涉仪的信号之和,另一个光电探测器检测由法拉第旋光镜和传感光纤组成的干涉仪中的干涉光强。通过对探测器接收到的信号进行数学运算可以对扰动进行定位。实验结果表明,所提出的传感器可以检测并定位扰动。10次实验的最大定位误差为370 m,平均定位误差为270 m。     

基于Matlab/Simulink的干涉型光纤检测系统仿真

阐述了一项消除因激光器频率抖动而在光纤干涉仪里产生相位噪声的技术，该技术建立在参考干涉仪和PGC相位检测的应用上，说明用传感器正弦、余弦成分的交叉放大和参考干涉仪输出信号的处理技术可以消除无源噪声，并基于Matlab／Simulink软件对此干涉型光纤检测系统建模。最后通过测试，给出了仿真结果。     

干涉型光纤传感器输入偏振态反馈控制的分析研究

光纤干涉仪中的偏振态保持或控制技术是干涉型光纤传感器研究中极为重要的一个问题.特别当干涉光的两臂中的偏振态正交时,干涉仪输出的干涉信号为零,这时传感信号将完全消失.这原则上可以采用保偏光纤技术解决,但目前保偏光纤和保偏光纤耦合器成本高、技术不完善,人们对光纤水声传感器等干涉型光纤传感器中的偏振衰落问题的解决一般采用低双折射率光纤加消偏振态衰落或偏振控制的方式.经过研究分析,可以认为光纤干涉仪中的两臂偏振态的变化总体效果等同于从第一只耦合器输入光波的偏振态变化,当该输入偏振态的变化等于光纤干涉仪中两臂偏振态的反变化时,输入偏振态补偿了干涉仪中的偏振变化,因此有可能通过控制输入端光纤的偏振态达到对光纤偏振控制的目的. 对光纤干涉仪输入偏振态的反馈控制机理做了较深入的理论分析,推导出反馈系统的反馈信号与输入偏振态的关系式,建立并根据系统闭环控制物理模型,分析了光纤偏振控制器电压初始值要求及该反馈系统可能存在的稳定点,对消偏振衰落系统的设计和制作有较大的指导意义.(PD12)     

基于波分复用器的光纤光栅振动传感器阵列

研究了一种用光纤光栅测量动态应变的阵列传感技术。在用基于3×3耦合器的非平衡光纤马赫-曾德尔干涉仪解调光纤光栅波长变化基础上,提出了通过波分复用器(WDM)来实现多个光纤光栅振动传感器的复用,测试了波分复用器对通道交叉干扰的影响,并同时测得了串联的3只光纤光栅的振动信号。讨论了使用这一技术时,工作环境和光源光强的变化对测量没有显著影响以及该技术可以用于高频信号的测量原因。该技术优点在于测量频率高、灵敏度高,不受光源光强度的影响,还可以获得不同测量点之间的相位关系。     

油气管道安全分布式光纤预警系统研究

研究了一种新型的基于Mach-Zehnder光纤干涉仪的油气管道安全分布式光纤预警系统及其基于小波包的信号分析方法。该预警系统沿管道同沟敷设光缆,利用其中的三条单膜光纤构成分布式微振动测试传感器,实时地检测管道沿途所发生的泄漏及其他异常事件,并采用基于小波包分析的"峭度-状态"法辨别管道沿线所发生的异常情况。最后对现场实验数据及其信号处理结果进行分析,结果表明该预警系统可以有效地对管道周围发生的泄漏和其他异常情况进行检测和辨别。     

A fiber-optic interferometric seismometer

A fiber-optic interferometric sensor has been developed which consists of a seismic mass of 520 gm supported by two rubber mandrels, each wound with a single layer of single-mode optical fiber 6.5 m long. One end of each fiber is cleaved to enhance reflection. The other ends are interconnected via a fiber-to-fiber 3-dB coupler, forming a Michelson interferometer. When the case of the sensor is displaced, the fiber around one mandrel extends in length while the other contracts. The resulting "push-pull" mechanical operation of the sensor allows both legs of the interferometer to be active, providing good common mode rejection of spurious effects, as a reference leg is not required. This, together with the fact that the light traverses each leg of a Michelson interferometer twice due to reflection, provides the sensor with four times the sensitivity of a conventionally constructed interferometric sensor. Sensitivities of 8500 rad of optical phase shift per micrometer of case displacement have been measured above the mass-spring resonance, where the sensor operates as a seismometer. Below resonance the sensor operates as an accelerometer with a measured sensitivity of 10 500 rad/g, the highest reported to date. Including both thermodynamic and demodulator noise sources (approx 10 murad/sqrt{Hz}), below resonance the sensor has a detection threshold of 1 ng/sqrt{Hz}, a 20- dB improvement over the best existing conventional low noise vibration sensors.     

光纤F-P腔压力传感器在高温油井下的应用研究

针对高温、高压油井的测量环境,设计研制了基于光纤非本征型Fabry-Perot(F-P)腔的波长解调型光纤压力传感器系统.该系统采用激光熔接制作的光纤F-P传感头,具有测量动态范围大、温度敏感性小、耐高温和长期工作稳定等优点,在压强0～30 MPa范围内,系统压力测量分辨率达到0.003 MPa,温度敏感性小于0.002 MPa/℃.光纤传感头采用光纤-厚壁石英管激光熔接的无胶封装方式,解决了高温环境下的传感器高压密封和光纤保护问题.     

布里渊光时域分析仪与马赫-曾德尔干涉仪共同检测传感技术

布里渊分布式光纤传感器适用于测量静态的温度/应力,而马赫-曾德尔干涉仪分布式光纤传感器(DOFS)可测量动态的应变变化。许多应用场合需要静态和动态的传感信息,这是单机理分布式光纤传感器难以达到的。由于布里渊光时域分析仪(BOTDA)和马赫-曾德尔干涉传感器都采用双向环路传感光纤结构,通过共用光源和主要光器件,将布里渊光时域分析仪和马赫-曾德尔干涉传感器相结合。利用布里渊传感测温度,马赫-曾德尔传感器测振动,从而可实现多机理多参量传感。搭建了25 km传感实验系统,对于马赫-曾德尔振动传感,定位精度达到60 m,并可计算振动频率;对于布里渊传感,在没有振动时传感光纤的始端和末端都为2 ℃的测量精度,但在振动时得到始端为3 ℃、末端为4 ℃的测量精度。     

Combined optical fiber interferometric sensors for the detection of acoustic emission

A type of combined optical fiber interferometric acoustic emission sensor is proposed. The sensor can be independent on the laser source and make light interference by matching the lengths of two arms, so it can be used to monitor the health of large structure. Theoretical analyses indicate that the system can be equivalent to the Michelson interferometer with two optical fiber loop reflectors, and its sensitivity has been remarkably increased because of the decrease of the losses of light energy. PZT is powered by DC regulator to control the operating point of the system, so the system can accurately detect feeble vibration which is generated by ultrasonic waves propagating on the surface of solid. The amplitude and the fre- quency of feeble vibration signal are obtained by detecting the output light intensity of interferometer and using Fourier transform technique. The results indicate that the system can be used to detect the acoustic emission signals by the fre-quency characteristics.     

薄膜型光纤温度传感器的膜系设计

纳米薄膜与光纤的结合为新型感测提供了各种潜在可能.为了分析温度敏感薄膜的膜系设计及其对光纤温度传感器传感特性的影响,根据光学薄膜理论和光纤传感器的温度感测原理,探讨了光纤温度传感器中敏感薄膜的膜系设计,并构建了薄膜型光纤传感器的温度传感特性模型.以测试系统的参数、性能以及其对干涉光谱的要求为基础,设计了对称性较好的法布...     

使用微波作为副载波的光纤应力传感器

光纤应力传感器是以光纤传感技术为基础的应变、应力测量系统,具有重要的民用、军用价值。其中有一种能用于大型建筑物形变监测的传统的光纤应力传感器又叫 SOFO。它使用迈克尔逊干涉仪作为信号解调器,因为需要扫描,所以响应时间较长。为了解决这一问题,出现了以微波作为副载波的应力传感器。但是其中使用的光环行器又引入了较大误差,使得系统性能不理想。本文分析了误差原因,并使用耦合器、相位比较器分别替代了环形器、乘法器,取得了良好的实验结果。     

单片机在表面粗糙度测量系统中的应用

设计了一种以单片机和光纤传感器为基础构成的表面粗糙度测量系统。该系统由光纤传感器、信号检测电路、单片机处理电路和显示装置组成。其特点是系统性能稳定、适应性强、精度高,可以对不同加工方法的工件实现非接触和在线测量。重点给出了该系统的主要硬件和软件及实现方法。