基于可调谐激光器的复用传感系统的研究

为了克服复用传感系统中光源带宽及功率的制约,有效地扩大多点检测的范围,采用波分和时分复用传感技术,设计了可调谐光纤激光器作为传感系统的光源.基于耦合模方程的理论,对匹配光栅调谐光纤激光器波长扫描寻址解调方法进行了理论分析和实验研究.实验中采用可调谐光纤激光器对由4个光栅组成的两个光栅串成功地进行了波分和时分复用传感,实验获得的应变分辨率为2.9με/step.该传感系统具有经济实用性、信噪比高、可复用数目大等特点,对于多点检测的传感网络具有较大的实用价值.     

用可调谐F-P滤波器实现分布式应变与温度同时测量系统

理论分析了FBG光纤光栅和长周期光纤光栅应变与温度同时测量的传感原理.在分析实现光纤光栅传感技术解调的基础上,重点研究了可调谐光纤F.P滤波器解调法.提出采用可调F-P滤波器实现分布式应变与温度同时测量系统的解调方案,较好地实现了多点应变与温度的同时测量.这种方法的测量精度较高,其中测量应变的灵敏度可以达到9με,测量应变的灵敏度为15℃.     

基于闪耀光纤光栅透射特性的分布式光纤布拉格光栅传感器解调方法

建立了一种基于闪耀光纤光栅(BFBG)透射特性的分布式光纤布拉格光栅(FBG)传感器的解调系统。由两个中心波长相近、光栅长度不同的FBG并联组成一个传感探头(FBG1用于参考,FBG2用于传感),以消除温度对应变测量的影响。将BFBG两端与加有10 Hz锯齿扫描电压的压电陶瓷(PZT)相固定,使BFBG的主模和边模发生周期性的同向偏移,对传感探头的光谱信号进行解调。从BFBG出来的透射光经光电管将光强变化转化为电信号,用计算机对待测应变量进行实时分析显示。实验表明,用BFBG进行光谱解调是可行的(微应变测量的分辨率为5με),并且成功地解决了温度和应变交叉敏感的问题,所建立的实验系统稳定可靠,成本低。     

基于全同弱反射光栅光纤的分布式传感研究

利用弱反射光栅低反射率的特性,提出了基于全同弱布拉格反射光栅的分布式光纤传感方案。采用光波长时域反射解调技术,进行定位和解调,实现高密集度的准分布式传感。从理论上分析了光纤光栅反射率、光栅单元间隔以及传输损耗等对传感系统复用容量的影响。结果表明,这种方法可以有效提高光栅传感系统的复用容量,并降低信号解调成本。实验验证了该方案的可行性,系统复用了4个反射率为6%的光纤布拉格光栅(FBG),实现了单点、多点测量,温度测量的分辨力达到0.12℃。     

基于Labview的光纤光栅波长解调系统

提出了一种基于Labview的数字化光纤光栅信号解调系统,实现了光纤光栅应变传感波长解调.采用Labview编写程序实现信号的实时采集、处理、显示,解决了普通光纤光栅解调设备成本高,体积大等难题;进行了基于上述系统的光纤光栅应变传感实验研究.实验结果表明,反射谱线中心波长漂移量与轴向应力具有很好的线性关系,当应力达到60με时,光纤Bragg光栅(FBG)对应的波长漂移量约为1.90 nm.     

基于单一倾斜光纤光栅的温度应变同时测量

利用光纤光栅分析软件OptiGrating对倾斜光纤光 栅温度与应变传感进行系统的理论仿真,研究发 现,温度、应变的变化都可以引起倾斜光纤光栅的纤芯模和包层模谐振峰的漂移,而且温度 和应变对纤芯 模与包层模的影响是各不相同的。利用倾斜光纤光栅这一特性,提出了一种基于单一倾斜光 纤光栅的温度 与应变同时测量的传感系统,并通过实验进行了验证。在实验中,光电探测器可以将倾斜光纤 光栅的波长的 漂移转换成电压的变化,由此得到了倾斜光纤光栅只受温度变化时,随着温度的变化,示波 器测到其纤芯 模与包层模的电压(峰—峰值)的变化呈线性变化,其斜率分别为0.063mV/℃和0.001mV/ ℃;其只受 应变变化时,随着应变的变化,示波器测到其纤芯模与包层模的电压(峰—峰值)的变化也 呈线性变化, 其斜率分别为0.009mV/με, 0.001mV/με。研究结果将对倾斜光纤光栅的传感应用具 有一定的指导意义。     

基于光纤光栅级联调谐技术的波长检测系统

报道了一种检测光纤光栅传感器波长的新方案。实验系统采用新型的级联结构对电热调谐的光纤光栅滤波器进行复用,扫描分析传感信号光的峰值波长,同时用参考波长校准方法消除了电热调谐中的蠕动误差。结果表明,系统的检测范围可达23nm,波长分辨率为3.1pm,应变测量分辨率为2.56με。     

压电陶瓷在光纤光栅传感解调中的应用

光纤光栅(FBG)传感以其强大的优越性受到了社会的广泛关注,波长编码信号解调是实现光纤光栅多参量、多点分布式传感网络的关键技术.针对几种典型的光纤光栅解调方法做了简单介绍,重点分析了压电陶瓷在干涉解调系统中的调相测量作用.通过改变干涉系统的臂长差来产生一个动态的干涉信号,使干涉信号在时域上获得延伸,将包含被测传感信息的波长信号转变成相位信号;并用非平衡Mach-Zehnder干涉解调系统检测了应变信号,取得了较好的实验效果.实验测得系统的相位检测灵敏度为0.82 (° )/με,可用于静态应变和动态应变的检测.     

基于光纤光栅的双壁开口模型管桩测试技术研究

针对光纤光栅传感器在模型管 桩试验应用情况, 提出了一种光纤光栅传感器理论灵敏度系数和实验灵敏度系数应变标定方法。结合理论分析 ,在封装FBG 应变传感器前,对模型管桩内、外管进行有限元Abaqus应力分布模拟分析,得到双壁开口模 型管桩对封装 FBG应变传感器没有影响,提高了实验应变测量精度。对模型管桩封装后的FBG应变传感器进 行标定实验, 每次按200逐级加载后并卸载,循环加载5次,得到内外管FBG传感器 应变灵敏度系数分别为2.15 pm/με、2.24 p m/με,且线性度 均达到0.999以上。该方法简单、易操作,可用于光纤光栅应变传感 器在模型管桩试验前的标定,为光纤光栅传感器在试验和工程中应用奠定了基础。     

基于四并联光栅匹配滤波解调系统的研究

为了实现高精度大范围应变传感信号的测量并解决单光栅匹配滤波解调系统存在的严重双值问题,基于光纤布拉格光栅匹配解调原理,设计了一种新型的光纤光栅匹配解调系统。通过将四个中心波长与传感光栅中心波长相匹配的解调光栅两两并联,并对其二次反射的传感光信号进行分析,得到了应变与光电探测器探测到的光功率之间的对应关系,建立了理论模型并进行了系统仿真。仿真结果表明该方案切实可行,不仅可以解决双值问题并且可以同时检测正负应变,在不添加驱动装置的情况下其传感测量范围可达952με。     

基于分组测量和边沿滤波的大容量光纤光栅快速传感系统

应用分组测量和边沿滤波实现了大容量光纤布拉格光栅(FBG)快速传感系统的设计。在传统的时分复用光纤光栅传感系统中对传感光栅按位置进行分组,然后按组分别进行测量,避免了单次测量中探测器动态范围的限制,对其进行重复利用,延长了系统的测量距离;同时利用边沿滤波法实现了快速的波长解调,能够在一次测量中解调出该分组所有光栅的波长信号,大幅加快了系统的测量速度,有利于实现更高的扫描频率。实验结果表明,本系统在温度传感测试中获得了0.9913的解调线性度,误差在1.36℃以内。     

基于并行处理和AC-DC修正的可调光滤波器解调技术研究

为了提高基于压电陶瓷(PZT)驱动的可调谐法布里-珀罗(F-P)型滤波器解调的光纤布拉格光栅(FBG)传感系统的实时数据采集速度和测量精度,提出并行处理技术和交流转直流(ACDC)修正方法。通过并行处理技术,可调谐F-P滤波器连续采样,PZT磁滞性得到抑制,提高了系统实时数据采集速率和测量精度。针对AC驱动电压与F-P滤波器腔长之间的非线性关系,提出AC-DC修正方法,将AC电压下的FBG波长中心位置拟合为DC电压下的中心位置,减小了FBG中心波长的测量误差。实验表明,系统实时数据采集速率最大可提高1倍,应变测量的随机误差降低95%,动态应变传感的灵敏度优于1με,实测应变量与理论计算结果之间的误差小于4%。     

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。     

光纤F—P和FBG传感器通用解调系统的研究

针对目前不同种类传感器在建筑结构及其工作环境进行实时监测应用上的实际情况,提出了一种利用可调F—P滤波器对光纤法珀传感器和光纤布拉格光栅传感器通用解调方案,研究了解调系统的组成和对传感器的解调原理．初步实验结果表明,系统能够对上述2种传感器进行解调,并具有复用能力,光纤法珀传感器的应变解调精度在2με以下,光纤布拉格光栅传感器解调精度在0．5με以下,是一种低成本、通用的解调系统．     

基于光纤腔衰落解调技术的光纤光栅传感研究

采用弱调制长周期光纤光栅(LPG)作为基本传感器件,将其接入到光纤谐振腔中,利用光纤腔衰落(FRD)技术,通过检测脉冲激光的衰落时间实现光纤光栅传感的波长解调.进行了0～100℃温度和0～1000με应变实验,波长解调范围为10 nm.     

一种同时测量温度和应变的光纤光栅传感器

报道了一种新型实用的用单根光纤布拉格光栅(FBG)实现温度和应变分离传感的技术。当光纤光栅一部分包层直径变小时，整个光栅可以看成由两个周期相同但直径不同的子光栅连接而成。理沦分析和实验都证实了这两个子光栅具有相同的温度敏感性和不同的应变敏感性．由此实现光纤光栅传感器中温度和应变两参数的分离测量，而且这两个子光栅的中心波长间距可以直接测量应变大小．温度变化不影响所测量的应变值。实验中光栅的一部分包层直径被HF酸腐蚀到82μm．获得了两子光栅应变响应系数分别为0．00201nm/με．0．000858nm/με，二峰间距的应变响应系数为0．00116nm／με．二峰的温度响应系数均为0．01nm/℃的测量结果．依据这些结果可以对温度和应变进行同时分离测量。     

基于遗传算法的光纤光栅交叉敏感解调研究

光纤光栅在现代传感领域应用广泛,但交叉敏感特性严重制约了其发展。针对光纤光栅在传感领域应用中存在温度与应力交叉敏感的问题,提出了一种基于遗传算法的解调方案,建立了遗传算法的快速解调模型,经过数学分析得到遗传算法目标方程、适应度函数,系统讨论了参考光纤光栅与传感光栅的反射中心波长不同、反射峰值不同情况下的解调结果。数值研究结果表明,提出的基于遗传算法的解调方案可以有效地解调出参考光纤光栅与传感光栅参数不同情况下的温度与应变变化,有效地区分出温度与应力的影响,温度检测精度为0.1 ℃,应力检测精度为1.5 。打破了传统参考光纤光栅法要求传感光栅与参考光栅一致的要求,降低了系统的组建难度。     

基于匹配光栅对的传感解调装置

提出并实验了一种新颖的匹配光栅对解调方案，受压电陶瓷驱动，解调光栅对传感光栅反射光波进行波长扫描，将传感光栅布拉格反射波长的漂移变为解调光栅透过的负脉冲在时域中间隔的变化进而确定待测应变量的大小。系统传感灵敏度的实验值为94．417με／ms，具有-100～700με的传感测量范围。     

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。     

FBG传感对应变，温度及湿度的同时测量

为更好地解决交叉敏感这一光纤光栅应用中的瓶颈问题,该文从光纤布喇格光栅(FBG)的传感理论出发,分析了光纤光栅在同时测量应变、温度及湿度时交叉敏感的物理机制.通过给光纤光栅外层镀湿敏材料和温敏材料,推广了双光栅法解决交叉敏感的思路,采用三光栅法实现同时对应变、温度及湿度的测量,并设计了相应的解调方案.通过控制步进电机对基于悬臂梁的匹配光栅施加压力或拉力,从而与传感光栅进行匹配,能对传感光栅的波长漂移量进行高精度的测量.