减小噪声和量化误差影响的多阈值FBG波长解调方法

在FBG(Fiber Bragg Grating)传感阵列波长检测中,为提高检测精度和实时性,采用软件算法对FBG波长进行解调检测.利用FBG反射谱的对称性,针对量化误差对反射谱阈值采样点的影响.采用差值法进行直线拟合来逼近真值,减小了量化误差对FBG反射谱阈值点标定的影响,使采样精度提高了一个数量级;针对噪声对拟合直线的影响,采用逐差法减小噪声误差;在差值法和逐差法减小量化误差和噪声基础上,利用多阈值双边缘均值方法对FBG中心波长解调,提高了检测精度和速度.     

紫外空芯光纤光谱式气体传感系统特性

利用内表面镀铝空芯光纤在紫外-可见光波段的低损耗特性,结合宽光谱光源和光谱仪,搭建了紫外-可见光波段的吸收谱式气体传感系统.理论研究了系统参数对吸光度的影响,对影响系统信噪比的因素进行了优化.实验测量得到了系统光源的发散角色散曲线,研究结果表明在宽谱光源下,为获得准确的损耗或吸收特性,需要根据系统光源发散角的色散特性对测试结果作相应的补偿.在255nm波长带对不同浓度甲苯气体进行了测量,得到了线性的甲苯浓度-吸光度曲线,精确度可达ppm量级.该传感系统搭建方便,测量迅速,对于在线传感监测及多波长测量具有很好的应用前景.     

光纤气体传感器的研究

基于气体在吸收峰波长下对光的吸收随浓度变化的机理,研制一种光纤式气全监测仪。根据被测气体的吸收峰对应的波长选择ＬＥＤ作为光源。采用不同频率的光源驱劝电路实现多种气体浓度的产时检测。为保证测量精度,信号处理采用相敏以及测量信号与参考信号比值技术。对甲烷和乙炔气体浓度的检测实验表明,系统具有一定的检测灵敏度和精度。仪器和系统不驻适于甲烷和乙炔气体浓度的检测,稍加改变结构参数,也可测量其它气体的浓度。     

矿用光纤气体检测中的最小二乘拟合方法研究

由于矿用光纤气体检测系统中线性最小二乘拟合方法只适用于光谱吸收率小于0.1的气体检测,针对光谱吸收率增大时气体吸收谱线与浓度的变化呈现非线性的问题,本文采用阻尼最小二乘拟合算法进行气体浓度的计算。实验结果表明,改进的矿用光纤气体检测系统检测极限由原来的100 ppm提高到了30 ppm量级,简化了标定程序,能够更好地满足煤矿安全生产的需求。     

基于YSPSO-ＲBFN 的布里渊散射谱特征提取

为提高提取到的传感布里渊散射谱的布里渊频偏量的精度,利用压缩因子粒子群优化算法调节权值的ＲBFN( Ｒadial Basis Function Net) 径向基函数神经网络对布里渊散射谱进行特征提取。提出的算法克服了传统ＲBFN 神经网络易于陷入局部极值的缺点,利用PSO( Particle Swarm Optimization) 算法调节权值后向传输网络,对布里渊散射谱进行精度提取,保证了求解的速度和精度。数值分析过程中,利用新型结合算法在不同线宽和不同信噪比大测量范围情况下的散射谱进行参数估计。通过实验获得不同温度下的布里渊散射谱数据,利用YSPSO-ＲBFN( Particle Swarm Optimization with Shinkage Factor Shirnhage Factor-Ｒadical Basis Function) 算法处理实验数据,结果表明,该算法可提高布里渊散射谱特征提取的精度,25 ℃下拟合误差为1． 99 MHz,温度升高拟合误差也在减小。在85 ℃时的频移拟合误差为0． 047 MHz。因此,将该算法用于布里渊散射温度和应变传感系统,可有效提高检测精度。     

土壤中微量镍用α-联呋酰二肟-醋酸丁酯萃取火焰原子吸收分光光度测定法

用空气-乙炔火焰原子吸收法测定微量镍时,曾报导在2320(?)镍共振线处有铁、钙的背景吸收。据研究结果表明溶液中镍的浓度一定时吸光度随溶液中铁和钙浓度的增加而相应地增高。(1) (2) 如果用纯铁或纯钙配成相应浓度的溶液,测定其背景吸收将测得的吸光度从镍的吸光度中扣除去,镍的吸光度将随铁、钙浓度的升高而降低。我们的实验也得到了相同的结果。如表一及图1、图2。     

高灵敏度光纤气体传感器的研究

研究了差分吸收式光谱吸收型光纤气体传感器．基于NO2的光谱吸收特性,设计了一种检测NO2浓度的光纤传感系统,以LED作为光源,采用双波长差分检测技术,有效消除了由光源、光纤和传感头的不稳定所引起的检测误差,提高了检测灵敏度,大大增加了该传感器的适用性．     

可调谐半导体激光光谱技术在工业控制监测氧气浓度中的应用

采用分布反馈式（Distributed feedback,DFB）半导体激光器作为光源,通过检测760nm附近氧气的一条转动吸收线对排放的气体中氧气的浓度进行实时监测．采用开放式双光程设计,并通过背景信号拟合的方法消除消光系数对检测的影响．实验结果证明,该方法是可以对氧气的实时在线浓度进行检测的一种比较简单的方法．     

基于相关光谱和差分检测的气体传感系统

基于相关光谱和差分检测技术提出了一种新型的光纤气体传感系统,实现了对微量气体的高灵敏度、高准确度、实时在线检测.首先对该系统进行了详尽的理论分析,然后在合理选择实验器件的基础上搭建了一个光纤气体传感系统,测量乙炔气体的体积分数.该系统不仅消除了光强波动及待测气体中杂质气体的干扰,而且也避免了周围环境中噪声和杂散光的影响.实验结果表明,系统的分辨力可达0.5‰,测量灵敏度为6.62μV,最大绝对误差为0.15‰,相对误差为7.5%,稳定性为2.27%,重复性误差为0.817%.     

多峰布里渊散射谱的拟合算法研究

针对利用光纤多峰布里渊散射谱解决光纤传感技术中温度和应变同时检测不能获得精确的拟合曲线的问题,将基于K-means聚类方法的RBF神经网络应用到光纤多峰布里渊散射谱的数据拟合中.首先论述了径向基(RBF)神经网络和基于K-means聚类方法的理论知识;其次利用RBF神经网络算法进行数据拟合,得出不同扩散速度影响数据的拟合精度,但是拟合曲线的光滑度和精度不能同时得到保证;最后,采用基于K-means聚类方法的RBF神经网络进行数据拟合,获得了较为准确的拟合曲线,均方误差较小.     

基于差分吸收光谱法的烷烃气体检测系统的研制

利用差分吸收光谱（DOAS）技术研制开发了一套烷烃类气体检测实验系统,在该实验系统上测量了CH4的吸收光谱以及吸收截面,并利用这些参数开展了CH4气体浓度反演算法的研究.实验结果表明：在常温常压下,CH4的检测结果与标准浓度之间的线性拟合系数R2为0.9998,误差小于3%,CH4的最低检测限为0.01%.这些工作为烷烃光谱录井仪的研发奠定了基础.     

新一代光纤智能传感网与关键器件基础研究进展

天津大学在973计划项目的资助下,开展了光纤传感技术相关研究.其主要内容包括设计了基于光子晶体光纤的填充银线的PCF-SPR传感器,最佳灵敏度为2 400 nm/RIU;设计了一种基于液芯光子晶体光纤的PBG-PCF温度传感器,传感器的最高分辨率为4×10³ nm/RIU;设计了基于甲苯-氯仿混合溶液填充的光子晶体光纤可调谐热敏光开关,通过改变溶液配比实现不同温度跃变点;构建了基于光微流体理论的3种结构模型,并针对模式场分布及磁场探测展开了研究;构建了基于L波断掺饵光纤放大器的光纤内腔气体传感系统,其绝对误差小于0.04%;针对传感器结构、解调光路、解调算法,设计并优化了F-P传感系统;提出了针对光纤传感网的评估鲁棒性模型,开展了梳状暗调谐光源技术和OFDR技术在光纤传感网检测方面的研究.     

基于紫外光谱分析的烟气检测算法研究

由于气体间存在相互干扰,如何从连续的混合气体吸收光谱信号中分离并解算出各气体的浓度,是紫外光谱测量烟气有害成分的一个难题。为此在实验数据的基础上,基于朗伯-比尔定律提出了一种迭代算法。该算法利用紫外光在190~290 nm处不同气体对紫外光有不同的特征吸收峰,多次迭代运算,直到相邻两次气体浓度差小于某一数值为止,并通过编程实现了该算法。实验结果表明:测得的SO_2和NO_2浓度在满量程范围内相对误差不超过3%,可满足烟气排放污染物连续在线监测的要求。     

基于希尔伯特变换的光纤分布式声波测量技术

提出了一种基于希尔伯特变换的相位解调算法，并以此构建了新型光纤分布式声波测量系统，在不劣化解调结果的前提下，极大地简化了相位解调光时域反射系统中的光路结构。通过理论与实验，证明了新算法可以正确、稳定地解调外加正弦信号的幅值、频率及位置信息，实现分布式振动信号的准确测量。     

基于互补曲线拟合的格雷码亚像素边缘定位

精确定位格雷码光条纹边缘是结构光三维重建系统的关键问题之一.提出了一种互补曲线拟合的光条纹亚像素边缘定位算法,在对互补编码图像进行光强成分分析并二值化处理的基础上,通过边缘检测算法获得准确的初始像素边缘,然后映射回互补编码图像并对其边缘过渡区域进行拟合,最后通过计算互补曲线的交点得到格雷码光条纹的亚像素边缘点.采用平均相对等宽性误差进行评价,得到的最小边缘定位误差为1.97277×10-3,分别对不同投影方向和条纹数量的图像进行处理,都保持了较小的定位误差.实验结果表明,提出的算法能够很好地解决初始边缘定位困难的问题,具有较好的准确性和鲁棒性,提高了光条纹定位精度.     

基于双差分的高精度甲烷浓度探测系统

现有的甲烷浓度检测系统大多采用窄带激光器、可调谐激光器等实现对甲烷特征波长位置的对准,虽然可以有效提高检测精度,但高性能激光器价格昂贵、结构复杂,难以满足实际应用中需要小型化、便携化以及低成本的要求.据此设计了一种基于双差分的高精度甲烷浓度检测系统,设计了浓度差分转换窗口,可获取2组等效于窄带光对准的差分数据,从而实现了仅用宽带红外二极管作为光源的高精度甲烷浓度探测系统.分析了该系统的工作原理,推导了基于双差分的甲烷浓度函数,给出了双差分的算法流程.实验采用LSIPD型PIN光电二极管与C30659型红外探测器采集响应光强,利用GPro 500系列甲烷浓度检测仪作为标准检测设备对系统进行甲烷浓度检测误差分析.结果显示:当甲烷体积分数小于4.0%时,系统平均相对误差小于1.0%; 当甲烷体积分数高于4.0%时,系统平均相对误差小于1.5%,验证了系统的可行性.     

光纤光栅应变传感的研究

采用一种简单的传感装置和匹配光纤光栅强度解调的方法，对光纤光栅应变传感进行了理论分析和实验研究，结果表明，检测信号与传感信号的变化频率一致，相位相反，当传感信号的幅度不太大时，它们的变化波形也一致，实验结果与理论分析基本吻合。     

低信噪比条件下的失真PCM/FM信号软解调研究

再入遥测信道是遥测过程中的一种特殊信道情况,当飞行器通过再入遥测信道时,黑障和多径效应会造成PCM/FM遥测信号信噪比降低和频率选择性衰落,甚至突破传统解调方法的解调门限,导致误码率大大增加。针对该问题,研究一种滑动长度为1的多符号检测(Multi-Symbol Detection, MSD)解调算法：对连续观测到的N个码元信号与本地信号进行联合检测,但每次MSD判决较前一次MSD判决有N-1个码元的重合。理论上该算法可以将信道增益提高3dB左右,仿真和测试结果验证了该算法的有效性。