相移光纤光栅横向受力传感特性研究

对相移光纤光栅(PS-FBG)的横向受力特性进行了理论和实验研究.采用传输矩阵法分析了PS-FBG的传输特性,并建立了光栅横向受力数学模型.理论分析表明,光栅透射谱阻带中的透射窗口在横向受力时会产生光谱分裂,且分裂距离与所受横向压力的大小成正比关系.实验在0~1 N的横向压力条件下,获得了1.4×10-3N/mm的灵敏度,实验结果与理论模拟相符.     

圆光栅偏心对仿真转台角位置精度的影响

为了满足仿真转台角位置精度的指标要求,减小圆光栅安装偏心引起的角位置误差,本文提出了运用最小二乘拟合对该误差进行修正的方法。首先介绍了仿真转台的工作原理并给出了角位置精度的技术指标,然后理论分析了圆光栅安装偏心引起的测角误差与转角的规律,运用最小二乘拟合对测角误差进行修正。通过对比,修正后的测角误差明显小于修正前。结果表明,最小二乘拟合方法能够有效地修正圆光栅安装偏心带来较大的测角误差,使得角位置测量精度满足±4″指标要求。     

光纤光栅传感器在公路隧道衬砌结构安全监测中的应用

从工程实用角度归纳了光纤光栅传感器相对于其他传统监测仪器的主要优势,阐述了其在隧道结构安全监测中的适宜性.在此基础上结合某公路隧道衬砌结构的薄弱部位和具体条件,设计了现场自动化监测和无线数据通信系统,采用光纤光栅传感器对隧道支护结构的变形和受力状态进行了实时监测实验,结果真实有效地反映了结构物的运行性态,表明光纤光栅传感器在公路隧道结构安全监测中具有良好的实用效果.     

一种改进小波阈值函数的光纤光栅传感信号去噪方法

光纤布拉格光栅( FBG)传感信号中存在的噪声严重影响了其中心波长的检测精度,因此必须进行去噪处理。本文针对传统的小波软、硬阈值函数去噪的不足,提出了一种改进的对数阈值函数,并确定了最优的小波基和分解尺度。仿真表明,本文提出的改进阈值函数去噪后信噪比( SNR)较大,均方根误差( RMSE)较小,其中信噪比比传统的软、硬阈值方法提高了1.5 dB~4 dB。最后通过实验验证了本文方法的去噪效果。     

基于Catmull-Rom插值算法光栅分辨率测试系统改进

为了减小探测器采集及软件处理导致的系统误差,提高光栅分辨率检测精度,利用半宽度法设计了一套满足李特洛条件的阶梯光栅分辨率检测系统。搭建了系统的光路,介绍了提高分辨率的方法,重点分析了探测器像元尺寸对系统分辨率测试精度的影响,提出了在LabVIEW软件中如何根据离散光谱信号并利用Catmull-Rom插值构造出连续光谱,提高半宽度法检测的精度。实验结果表明,在高分辨率测试系统中,通过软件算法对离散信号进行拟合分析,能有效的解决由像元尺寸造成的系统误差。     

非对称级联型全光纤Fabry-Perot腔谱特性研究

为了进一步优化光纤光栅法布里-珀罗窄带滤波器的滤波性能,提出了基于光纤布拉格光栅的全光纤型非对称级联法布里-珀罗腔（FBG-FP）结构。通过传输矩阵方法,建立了数学仿真分析模型,推导出FBG-FP结构产生单峰谐振需满足的条件。对其传输特性进行了详尽的理论分析和模拟仿真,数值分析结果表明：通过对光纤布拉格光栅折射率调制深度以及谐振腔长等结构参量的优化组合,可以改善非对称双腔结构谐振光谱的通带平坦性和过渡带滚降特性;双腔FP器件可以得到更高的波长选择度,因此可用作信道化滤波与可调单频光纤激光器。     

基于光纤光栅传感的根式沉井静载实验研究

应用光纤光栅传感网络测量桥梁根式沉井在破坏性静载荷实验中的应力变化。进行现场实验,根据有限元分析,多通道光纤光栅传感阵列设计安装在沉井的合适位置。根据沉井土层的分布情况,共布置10层光纤光栅传感元,每层包括8个光纤光栅应变计和1个光纤光栅温度补偿器。布置安装的光纤光栅传感系统通过对每层8个应变点的监测,可以准确测量同一水平结构层的应力变化分布。实验结果表明,光纤光栅传感网络可以在全程载荷实验过程中,监测桥墩的应力变化,为桥梁的安全运营提供了可靠的依据。     

Simultaneous measurement of temperature and strain with long period grating pairs using low resolution detection

An investigation showing the performance of compact long period grating (LPG) pairs under demanding experimental conditions, making comparisons with the use of single LPGs for the simultaneous measurement of strain and temperature is presented. In this work, a LPG pair (LPGP) sensor comprising two weak (2.5 dB each) LPGs, 13 mm apart, was compared against the performance of two single LPG sensors (LPG1 & LPG2) with coupling strengths of 2.5 dB and 12.5 dB, respectively. All the LPG sensors used were subjected to extreme conditions arising from the fabrication, by choosing a high amplitude mask period with short physical length LPGs, and the high temperature annealing processes. In addition, a low resolution detection instrument was used to capture the spectra under study. Results have shown that the LPGP is 40 times better than the first single LPG used (LPG1) and three times better than the second LPG (LPG2). Using the error analysis methodology of Brady et al., the temperature and strain errors due to the uncertainty of the wavelength measurement for each of the LPG1, LPG2, and LPGP were compared with the typical performance of various fibre Bragg grating (FBG)-based sensor schemes under similar testing conditions. It was found that LPGPs offer the best performance especially when using low resolution detection instrumentation.     

湿度和温度对聚合物光纤光栅反射波长漂移量的影响

针对固体火箭发动机纤维缠绕壳体状态监测中局部可能出现大应变情况,采用聚合物光纤布拉格光栅(polymer op-tical fiber Bragg grating,POFt3G)传感器对大应变进行检测;分析了湿度和温度对光纤光栅反射波长漂移量的影响,建立了湿度传感模型、温度传感模型和温度湿度混合模型.并通过MATLAB进行数值仿真,结果表明,反射波长随温度的升高而减小,随湿度的增加而增大,并受到温度和湿度的交叉影响,这与文献报道的实验结果比较吻合.     

基于长周期光栅边缘滤波解调的光纤布喇格光栅位移传感研究

利用长周期光栅的边缘滤波解调技术,我们报道了一种光纤布喇格光栅位移传感方法.系统由一个3dB耦合器、一个传感光纤布喇格光栅、一个长周期光栅和一个探测器构成.实验结果表明,在所测位移范围内,传感系统输出的光功率与位移成良好的线性关系,位移灵敏度为9.24pW/mm,位移分辨率为0.01 mm.该方案结构简单、灵敏度高、线性度好,可应用于实际中的位移测量.