光纤光栅传感信号解调技术研究

针对现有解调系统不能保证驱动电压的周期完整性的不足,提出了一种基于实时参考光路和可调谐FP腔滤波器的光纤光栅波长解调系统设计方案.其中,硬件信号调理电路由二级放大电路和二阶低通滤波电路组成,具有高信噪比、低成本等特点;软件分析处理模块含有实时数据采集、处理及保存功能的高精度上位机程序,并提出了采样点补偿算法使驱动电压能够在任何情况下都以完整的周期驱动.实验结果表明:所提出的光纤光栅波长解调系统最大测量误差为34 pm,测量范围为40 nm,最大调谐速度为100 Hz,能够对光纤光栅波长信息进行实时数据采集与处理,满足工程实际需要.     

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.     

基于F-P可调谐滤波器的光纤光栅解调系统设计

针对某结构应力监测系统,提出应用光纤光栅传感原理来测量结构应力,设计了基于光纤标准具的F-P可调谐滤波器光纤光栅解调系统。利用标准具的稳定性来对F-P滤波器进行标定,消除环境温度对F-P滤波器的干扰。利用DDS原理设计了F-P滤波器的驱动源,产生的三角波分辨率可以小于0.42mV,确保解调系统最终的分辨率达到1pm。设计了光电转换电路,实现了微弱光信号的转换和放大,最后转换成易于采集与显示的电压信号。最终,利用本次设计的解调系统可以实现±3000με的应变测量,测量精度可达到2.59%。     

解调仪通信接口识别与串扰隔离

为提高设备的通用性,设计一种光纤Bragg光栅解调仪串口和USB口通信的接口识别与串扰隔离电路。该电路主要由反相器集成电路74HC14、模拟开关集成电路74HC4066和比较器LM324组成,由解调仪自带的电源转换模块供电,实现U口识别和上电自动通信的功能。通过分析USB/RS232转换原理和FBG解调仪内部元器件的电气特性,并利用示波器对串口通信时数据接收端(RXD)和发送端(TXD)的电平分别进行检测,验证了该电路的通信接口串扰隔离作用,提高了上位机接收数据的可靠性。     

Bragg光纤光栅电流传感器的设计与研究

光纤光栅传感器具有体积小、灵敏度高以及电器绝缘性等优点,本文结合光纤光栅传感原理,设计了一种基于磁致伸缩材料调节布拉格光栅的光电流传感器,并从理论分析和计算机仿真方面进行了研究。论文针对传感信号的特点,采用了基于可调谐F-P滤波器的解调方案,并采用单片机进行信号处理及控制的方法,从而达到使用的目的。最后对系统进行了仿真,并对温漂造成的误差进行了理论分析,证明了温漂是造成系统误差的一个重要因素。     

基于CompactRIO的光纤布拉格光栅解调系统

波长解调技术是光纤布拉格光栅传感器实用化面临的关键技术,提出并实现了一种基于可调谐Fabry-Perot滤波器的FBG解调系统。该系统通过NICompactRIO平台控制D/A输出信号作为可调谐滤波器的扫描信号,同时对布拉格光栅的反射波峰进行采样与处理,通过标准具和参考光栅对Fabry-Perot滤波器进行标定。实验表明,该解调系统扫描带宽50nm,在50Hz扫描频率内,可以得到稳定测量信号。     

干涉解调技术在光纤光栅传感系统中应用

为将光纤光栅的传感特性应用在结构健康监测系统中,采用迈克尔逊干涉解调的方法,取得0.3950°/με的传感灵敏度,本系统可广泛的应用在民用和国防领域的静态应变和动态应变的检测中.     

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。     

基于光纤光栅传感器的变压器测温系统设计

阐述了基于光纤光栅传感器的变压器测温系统的工作原理和硬件、软件的设计过程.Bragg光栅的中心波长是温度的线性函数,由FBG-T-01光纤传感器通过波分复用原理构成光纤传感器阵列作为测温元件,运用可调谐发布里—珀罗腔(F-P)滤波解调法对波分复用的光信号进行波长的检测.为了能够及时发现变压器绕组温度异常问题,设计的变压器测温系统同时将测点温度和测点温升速率作为判据来判断变压器绕组温度是否正常.测试结果表明,光纤光栅测温系统精度高,稳定性好,能够很好完成变压器测温任务.     

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。     

一种准分布式光纤光栅传感实验仪的设计

本文设计的实验仪采用FBG应变传感原理、准分布式技术和匹配光栅解调法,克服了现有同类仪器相对缺乏且多为单点测量的不足.本设计采用结构相同的双悬臂梁分别作为传感与解调机构,应变的模拟与测试在仪器内部即可实现.该实验仪可完成FBG准分布式实验教学,作为相关课程的教学实验设备;亦可用作解调仪对外界匹配光栅的传感量进行解调.     

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。     

架空输电线路覆冰监测用光纤光栅风速传感器的研制

风荷载测量是输电线路覆冰监测的重要组成部分,为解决现有输电线路覆冰在线监测系统中风速测量传感器需要现场电源,易受电磁干扰,不能实时测量风速,需要无线传输模块等缺点,开发了基于光纤布喇格光栅(fiber Bragg grating,FBG)传感技术的风速传感器,此传感器利用粘贴有 FBG 的等强度梁对风速产生的压力进行测量.鉴于温度对光纤光栅应变测量有较大影响,采用在等强度梁上下 2 侧对称粘贴光纤光栅的方法解决了温度与应变交叉敏感的问题.对所研制的传感器进行了温度影响试验和风洞试验,试验结果表明,温度造成的传感器测量误差小于±5 pm,传感器线性度良好,测量误差小于±0.5 m/s,经计算由风速测量误差引起的冰荷载测量相对误差小于 2.14%,这些参数满足现场监测的要求.     

植入复合绝缘子芯棒内的光纤布拉格光栅热应变和应力应变分析

光纤布拉格光栅以其良好的绝缘性能、微小的体积以及抗电磁干扰的优势,成为复合绝缘子运行状况监测的重要手段。为了弄清光纤复合绝缘子内布拉格光栅应变情况,利用有限元法分析了植入复合绝缘子芯棒内的光纤布拉格光栅热应变和应力应变,得出了在复合绝缘子自身结构应力及温度变化导致的热应力综合作用下,光栅的中心波长以及反射光谱与芯棒结构...     

The Turning Error Effect of Reflectors in the Talbot Interferometer used for Writing Fiber Bragg Grating

The Talbot interferometer used for writing fiber Bragg grating (FBG) is analyzed effectively in this paper. Based on electromagnetic theory, a computing model of the Talbot interferometer is established with the temporal and the spatial coherence taken into account and with the turning angle of the reflectors as a critical parameter. The model can provide a more detailed and precise information about the interference field and is used to study the effect of the turning error of the reflectors in writing FBG. The calculation result shows that the turning error has an important effect on the visibility of the far interference field. Translated from Journal of Tianjin University, 2004, 37(1): 28–32 (in Chinese)     

光纤光栅复合绝缘子的试制及标定试验

针对输电线路复合绝缘子运行检测现状,在综述国内外相关检测技术的基础上,结合光纤传感技术和复合绝缘子技术,通过在复合绝缘子的芯棒基体内植入光纤布拉格光栅构成智能芯棒结构,成功研制了光纤光栅复合绝缘子,设计了复合绝缘子内部温度与应力的采集系统,从而实现了复合绝缘子运行状态的实时监测;并对光纤光栅复合绝缘子进行了标定试验,确定了光纤光栅复合绝缘子的光栅中心波长与温度及拉力之间的定量数值关系。研究结果表明,拉力和温度的变化均与光栅中心波长变化量呈很好的线性关系,其中光栅的拉力系数在47～50pm/kN、温度系数基本在13.5～14.1pm/°C范围内变动。这些数据为绝缘子挂网运行状态分析定量检测依据。     

变压器绕组测温光纤光栅传感器设计及性能测试

为实现油浸式变压器绕组温度的直接测量,设计并制作了预埋光纤光栅传感器的绕组电磁线,对电磁线结构及绕组制作工艺进行了适当的改进,对绕组电磁线预埋光纤光栅传感器制作过程中的应力状态进行了监测,并对其测温性能进行了测试。结果表明:绕组电磁线预埋光纤光栅传感器制作过程及线圈绕制过程中光纤光栅传感器受到的应力较小,光纤光栅传感器保持了良好的机械强度和测温性能,其测温线性度>0.99,灵敏度约为10pm/°C,与理论值接近,测量准确度可达到±0.5°C,可满足变压器绕组温度精确测量的要求。     

基于光纤光栅的高压开关柜温度监测系统设计

基于高压开关柜温度在线监测的重要性,论述了目前几种常见测温方法的缺点,以及在高压开关柜中使用光纤光栅测温法的优势。设计了基于光纤光栅的高压开关柜温度在线监测系统,以实现对高压开关柜接头温度的在线监测,并且对其中的感知层、传输解调层、监控层作了介绍。介绍了光纤光栅测温的原理、光纤光栅解调仪以及光纤传感器的安装,开发了对应的上位机监测软件。高压开关柜全天温度数据的监测结果表明,系统能够正常工作。     

温度不敏感光纤光栅大电流传感器

为了实现高压传输电线上电流的测量,设计了一种基于超磁致伸缩材料的温度不敏感光纤光栅大电流传感器。该电流传感器具备温度补偿的特点,避免了超磁致伸缩材料热胀冷缩对传感器的影响,消除了光纤光栅的温度-应变交叉敏感问题,同时增大了光纤光栅的应变,提高了测量精度。实验结果表明,在-10～70°C的温度变化范围内,补偿后光纤光栅的温度系数约为4.38×10-4nm/°C,约为补偿前的1/23。传感器的布拉格波长漂移与电流变化具有较好的线性度,温度变化影响很小。螺线管电流灵敏度为1.9127nm/A,与理论值的相对误差为0.26%。理论与实验结果符合较好,表明该传感器结构是可行的。     

光纤光栅温度传感器在开关柜触头及母排温度监测中的应用

设计了用于开关柜母线、静触头温度监测的光纤光栅温度在线监测系统,系统所用光纤光栅温度传感器采用了应变不敏感封装,避免了传感器在安装及测试过程中应变对测量结果的影响,提高了温度监测准确度及可靠性。经测试,采用上述封装结构的光纤光栅温度传感器温度特性与裸光栅温度特性一致,该监测系统至今已连续运行1 a多,工作状态良好。