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F-P温控标准具的高稳定性FBG波长解调系统

光纤布拉格光栅（FBG）的波长随外界温度和压力变化。检测出波长的变化,就可以计算出外界的温度和压力。文章提出了一个基于F-P温控标准具的高稳定性光纤布拉格光栅（FBG）波长解调系统,讨论分析了FBG波长解调系统的原理及高稳定性的原因。在这个系统中,带温控模块的F-P标准具用来进行实时波长校准。F-P标准具的波长数值可查询得到,由线性插值算法可以得出光纤光栅的波长值。温控模块可以保证标准具在0.01℃的范围内变化,因此标准具波长值可以认为是定值。最后通过测量水浴槽中光纤光栅的波长变化测试系统稳定性,并与MOI公司解调仪sm125在稳定性方面做了对比。实验结果表明20 h内系统的长期稳定性可达到0.15 pm,而sm125解调仪是3 pm。     

基于FPGA的嵌入式FBG解调系统的研究

波分复用技术是构成各种复杂和大型FBG传感网络最关键的复用技术.为了有效解调FBG传感阵列,提出并实现了一种基于COMS图像传感器的FBG图像解调方案,方案的硬件平台采用以FPGA和ARM处理器为核心的主从结构设计,将FBG阵列的波长解调转化为了FBG光斑图像解调.实验结果表明,FBG图像解调系统具有精度高、复用能力强、远程监控、易于维护和升级等优点,对推广应用大型FBG传感网络有实际意义.     

基于元启发算法的FBG解调方法

当光纤布喇格光栅(FBG)复用过多或带宽有限时会存在波长串扰问题,信号解调方法的性能会影响结果的精确性.提出一种基于元启发算法的中心波长解调方法,采用实际光谱与理论光谱差异的最小二乘函数作为优化目标,利用具有优异挖掘能力和探索能力的海洋捕食者算法进行求解.数值仿真结果和实验验证表明:所提算法是一种有效的、可行的波长解调...     

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.     

光纤光栅传感系统信号解调技术的研究

光纤光栅传感是光纤光栅的重要应用之一,波长信号的解调是实现光纤光栅传感网络的关键。介绍了布喇格光纤光栅(FBG)传感的基本原理,对比FBG说明了长周期光纤光栅(LPG)的特点。阐述了基于长周期光栅的布喇格光纤光栅的解调技术,详细阐述了用长周期光纤光栅来解调布喇格光纤光栅的具体方案及技术。     

FBG传感器应用开发进展

近十年来,光纤布喇格光栅（ＦＢＧ）传感器已成为光纤传感器技术领域发展最迅速的技术之一,正从实验室走向实用化。其系统开发和应用两方面都取得了快速进展。ＦＢＧ在大型复合材料、混凝土构件、电力、医疗及化学传感等方面的应用取得了重大进展。     

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F-P滤波器的光纤光栅解调系统的优化设计

为了提高基于法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)滤波器的光纤光栅波长解调系统的性能,提出了一种采用新型光纤梳状滤波器作为参考波长装置的解调方案.新型光纤梳状滤波器由两个啁啾光栅和一个光耦合器组成,与传统的参考光栅相比可以为解调系统提供更多的参考点.优化后的解调系统重复性好,运行更稳定、精确.     

光纤F-P腔与FBG复用传感器精确解调方法研究

建立了基于光纤Fabry-Perot(F-P)腔与光纤Bragg光栅(FBG)串联复用结构传感器的解复用数学模型,分析了串联复用中FBG与F-P腔光谱的叠加对各自解调的影响,得到了分离FBG与F-P腔光谱的方法,从而实现双参数测量高精度解调的目的,并采用基于扫描激光器的波长查询系统验证了该方法的有效性。实验结果表明,该解调方法可以消除串联复用时光纤F-P腔与FBG间的交叉干扰,光纤F-P腔的解调数据最大离散值小于0.2nm,FBG峰值反射波长测量数据最大离散值小于0.7pm。     

光纤光栅传感器的解调与复用技术

光纤光栅传感器以其波长编码的独有优势适用于准分布式测量网络.文章介绍了光纤光栅传感器的解调方法,分析了其工作原理、性能和特点.提出了几种常用的光纤光栅复用方案,比较了它们的优缺点和组网规模,并指出准分布式传感网络的发展前景.     

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。     

基于非均匀采样的光纤光栅解调系统

鉴于重叠多光纤Bragg光栅(FBG)传感器均匀采样时遇到的数据频谱混叠问题, 提出利用扫描周期随 机变化的正弦波实现传感FBG的非均匀采样方法,并在一种基于可调谐F-P滤波器的 FBG解调系统中得到成功应用。实验结果显示,本文方法能够很好避免混叠现 象,并且还能以低于Nyquist采样频率对信号进行采样分析。     

宽带FBG与自相关算法提高CCD解调精度的研究

为提高光纤光栅解调算法的精度,设计了3 dB带宽在1~3 nm之间的宽带布拉格光栅与自相关算法解调系统,使用线阵CCD检测光谱,进行波长寻峰分析与实验验证。线阵CCD离散像素点之间波长间距固定,宽带布拉格光栅可得到更多有效像素数据点;自相关算法只考虑传感测量时光谱的偏移程度,可抵消背景噪声,消除光栅刻写或封装过程中操作不当引起光谱异常的影响,从而提高光栅中心波长解调精度。温度测量结果表明,使用自相关算法解调啁啾光栅与宽带光栅,误差较高斯算法分别减少54.05%和40.87%,此算法可以使啁啾光栅达到正常光栅的解调精度。并且,使用宽带光栅的解调误差仅为啁啾光栅的50%。     

基于非线性滤波器的FBG解调系统的研究

传统的光纤Bragg光栅(FBG)滤波解调系统解调精度 较低,且线性滤波器的滤波曲线不是严格 的线性。从理论推导了基于线性滤波器的解调系统中滤波光和直接探测光光功率的比 值和滤波器的 透过率函数成正比。而传统的线性滤波解调方法过于理想化,为了修正这一问题,根据理论 推导对波长和 比值的关系按非线性滤波解调处理。实验结果表明,非线性解调 系统的温度解调精度高于线性解调系统,一定程度上提高了解调系统的精度。而且线性滤波 器的FBG解调 系统中几乎全部采用实际波长进行解调,本文在非线性滤波解调系统中引入虚拟波长的概念 ,对基于线性 滤波系统或非线性滤波系统的FBG系统进行解调,从而可以不用对实际波长的变化进行标定 而直接解调出FBG所处环境温度的变化。     

基于FBG匹配解调的流量测量系统的实现

在分析光纤光栅靶式流量传感器的基础上,采用并联匹配光栅法对波长进行了解调,并基于虚拟仪器(LabVIEW)实现了对流体的测量.这种处理方案不但解决了传统单匹配解调技术中的双值和可测试范围小的问题,而且提高了测试准确度.实验结果表明,该流量测量系统稳定可靠.     

量化噪声对FBG波长解调的精度影响及误差分析

为提高光纤布拉格光栅(FBG)波长解调精度,建立了“量化噪声-波长误差”转换模型,并通过蒙特卡罗方法,对模型给出的误差预测结果进行了仿真验证。采用16位高精度模数转换器(ADC)搭建波长解调实验电路,误差分析结果表明,当ADC位数从6位到16位均匀增长时,波长解调误差从41.37 pm到0.34 pm呈指数下降,与模型计算和仿真结果相吻合。仿真及实验均表明,所提出的“量化噪声-波长误差”转换模型能准确分析量化误差对FBG波长解调精度的影响,为FBG波长解调仪中模数转换分辨率的选择提供设计依据。