单光纤光栅传感器双参量应变结构及解调算法

为实现单光纤布拉格光栅传感器对两个物理量的测量,提出等腰双厚度三角形悬臂梁结构,形成双等强度应变,既避免温度交叉敏感,又解决光谱波峰偏移问题。针对该光纤光栅传感结构的反射光谱进行波长分割,获得分离的小波峰,并针对小波峰寻找中心波长位置,获得可用于解调的中心波长信息,实现双参量传感信号解调。实验结果表明,相较于质心中心波长求解法和高斯拟合中心波长求解法,双斜线交叉中心波长解调算法能更稳定、准确地实现两个小波峰等峰,实现温度解调,误差小于1℃。     

基于数字滤波的光纤光栅传感信号去噪及其FPGA实现

光纤光栅传感器是通过检测被测物理量引起的光纤光栅中心波长的漂移量来得到该物理量的变化,波长检测精度常受到各种噪声的限制。为了提高波长的检测精度,本文提出采用数字滤波进行去噪。分析了不同窗函数FIR低通滤波器对光纤光栅传感信号去噪能力的影响,发现凯泽(Kaiser)窗的通带纹波、阻带衰减以及去噪后的信噪比和均方误差均比较好,并确定了其阶数和β参数。用设计的滤波器对光栅反射谱进行了去噪处理,效果较好,尤其是在峰值波长处,光栅反射谱较平滑,峰值波长的分辨能力显著提高。最后用FPGA实现FIR滤波并对光纤光栅传感信号去噪,进一步验证了设计的FIR滤波器对光栅传感信号具有良好去噪效果。     

基于DWDM技术的波长解调实验系统的开发

以8通道50G密集型波分复用器作为光纤光栅压力传感器中的解调工具,以高斯多项式拟合法为光纤光栅波长寻峰算法,搭建出了一种新型波长解调实验平台,以MATLAB GUI为开发工具,开发出了一款与该实验平台相匹配的数据处理软件系统。经过对实验数据的测试与分析,表明该平台的搭建是合理的、科学的,该数据处理软件的使用是准确的、可靠的。     

高灵敏度光纤光栅温度传感及其测试研究

本文报道了一种新颖的光纤光栅高灵敏度温度传感封装及一种高分辨率光纤光栅波长检测方法,波长变化分辨率可达0.002nm,应变分辨率为1.7με;光纤光栅增敏封装后温度灵敏性可提高7倍多,温度分辨率为0.03℃.     

可调谐48 nm弯致应变光纤光栅

为了满足光纤通信和光纤传感对大范围波长调谐的迫切需要,该文对弯致应变光纤光栅波长调谐的公式进行了推导,给出了解析表达式,并研制了弯致应变光纤光栅波长调谐的实验装置,实现了高达48nm的波长调谐范围。在波长调谐过程中,3dB带宽展宽约为0.1nm;在误差允许范围内,波长调谐的实验值与解析表达式得出的理论曲线相吻合。     

弱应变光纤光栅传感器匹配光栅解调方法

基于弱反射光纤布拉格光栅应变传感器,建立了光栅反射光谱仿真模型。分析了光纤光栅的长度、周期和排列顺序对光栅反射率的影响,发现光栅的最大反射率随光栅长度和调制深度的增大而变大;而光谱宽度受光栅长度变化的影响较大,光栅长度越小,光谱宽度越大。弱反射光栅阵列的峰值反射率与光栅位置有关,受多重反射影响,越下游的传感光栅,峰值反射率越小。通过分析解调过程中的反射光谱,得到了传感器所受应变与输出光强的函数关系。     

质心原理在光纤光栅传感波长解调中的应用

在光纤光栅传感悬臂梁调谐滤波技术中,峰值法进行波长检测误差大,精度低,测量结果不稳定.针对峰值法的不足提出了一种质心原理方法.该方法利用扫描的光强分布图形的质心检测光纤光栅的波长变化,与传统的峰值法相比可使检测精度提高70倍,大大降低了波长检测误差.     

倾斜光纤光栅风力传感实验研究

基于碳纳米管涂覆的倾斜光纤光栅是一种理想的低成本热线式风力传感器,其可以用来进行风力的实验测量。针对输入倾斜光纤光栅的不同功率以及碳纳米管涂覆厚度这两方面,设计不同的风力实验设计与测量,并获得中心波长与风力变化的最终关系。通过对实验结果曲线进行分析,得到实验结论:在适当范围内,激光功率越高,涂覆厚度越厚,灵敏度越高,风力传感实验效果越好。通过实验,使学生了解基于光纤的新型热线式风力传感的工作原理,将理论与实践相结合,激发学生对光纤传感前沿应用的兴趣和积极性。     

一种利用角度信息分离交叠信号的方法

目的采用角度信息,实时分离接收的交叠信号。方法建立交叠信号的数学模型,通过时间窗将交叠信号分为交叠区和非交叠区,分析了信号在交叠区和非交叠区的相位变化规律,采用门限检测的方法,记录突变时刻,形成不同的脉冲描述字。结果信号交叠后,相位产生突变,突变量的大小主要受两信号的幅度的影响,幅度差异越小,相位变化量越容易过门限,分辨率越高,且随着信噪比的升高,形成不同脉冲描述字的概率可达100%。结论该方法不需要进行谱峰搜索,具有更小的计算量和实时性。     

折射率调制深度误差对多模啁啾光纤光栅光谱特性的影响

目的对高斯切趾的多模啁啾光纤光栅存在折射率调制深度误差(包括横向误差和纵向随机切趾误差)时的光谱特性进行数值计算和分析。方法基于光栅中多模耦合的耦合模微分方程,将一种矩阵算法拓展用于求解多模耦合模微分方程。结果与理想无误差情况相比,折射率调制深度的横向误差使光谱反射峰宽度和峰值反射率减小,反射峰的位置向短波长方向偏移。折射率调制深度的随机切趾误差只有在幅度较大时才会使光谱反射峰产生明显分裂,频率较高的随机切趾误差几乎不改变多模光栅的光谱。结论这种矩阵方法在多模光纤光栅的光谱特性模拟分析中有较好效果,所得研究结果对多模光纤光栅的设计和制作有实际意义。     

基于快速傅里叶变换方法遥感反演海浪波长和水深的仿真分析

利用海浪波峰和波谷位置的遥感影像信息差异,可以基于快速傅里叶变换(FFT)方法反演波长,进而反演近岸水深.本文采用理想波面数据和数值模拟波面数据代替遥感资料进行仿真研究,讨论资料分辨率和子图长度对海浪波长及水深反演的影响.研究结果表明:低分辨率资料反演波长和水深的效果差,但是当资料分辨率达到一定要求时,再提高资料分辨率对波长和水深反演结果没有影响.当波长不存在空间变化时,子图越大,波长反演误差越小.在非均匀变化的地形上,子图长度为4～8倍波长、并且小于或等于地形变化尺度时,波长和水深反演误差小,子图太大或太小时,波长和水深反演误差都增大.     

三芯长周期光纤光栅温度传感性能研究

采用高频CO_2激光单侧曝光技术在三芯光纤中成功制备了长周期光纤光栅。研究表明,三芯光纤包层中嵌入的两个纤芯能够有效地增大光纤包层中的残余应力,在CO_2激光曝光时,残余应力释放增加,光栅质量更高。该三芯长周期光纤光栅的谐振峰3 dB带宽为2.4 nm,远小于在常规光纤上制备的光学光栅的3 dB带宽值,而窄带宽的谐振峰在传感测量过程中误差小、精确度高。在20～90℃温度范围内,传感实验结果表明,该光纤光栅的温度灵敏度为47.3 pm/℃,是一种性能良好的温度传感器。     

利用光纤光栅实现压力和温度同时测量

结合光纤光栅弹簧管压力传感器的结构特点 ,在悬臂梁的上下两面分别粘贴两个应力和温度灵敏系数基本相同的光纤光栅 ,通过分别测量光纤光栅对的波长位移 ,实现了压力和温度的同时测量 ,压力和温度测量的分辨率分别为 0 .1 4 MPa和 0 .5℃ .     

光纤布拉格光栅传感器的一种波长解调方法

光纤布拉格光栅（FBG）经过中心波长解调,可实现对应变、温度等物理量的高精度传感检测．在光纤光栅传感中,如何检测中心波长的微小移位是传感解调的核心问题．为此,文中介绍了一种基于互相关原理的FBG中心波长解调方法．FBG的初始光谱和被调制后的受扰光谱形状相似,只是中心波长产生了漂移,通过对初始光谱与受扰光谱互相关值的解算,即可解调出中心波长的位移量．将实验结果与自相关法、功率加权法和最小二乘法等波长解调方法进行了对比,结果表明互相关方法可以有效地进行中心波长解调．     

应用相移干涉云纹检测变线距光栅密度

相移干涉云纹法被用于检测变线距全息光栅线密度的全场分布 .首先求出全场每个像素点的条纹级数 ,再利用最小二乘法将全场实验数据拟合成光滑的二维曲面 ,进而求出光栅密度的全场二维分布 .介绍了二维光栅密度的表述方法、相移干涉云纹法的检测原理及实验数据的处理步骤 ,推导出了相应的公式 .文中用不同的检测方法对同一个光栅的线密度进行了检测 ,以讨论实验检测误差     

基于超结构光纤光栅的自发布里渊散射检测系统设计与实现

为解决光纤背向散射信号中自发布里渊散射信号提取困难的问题,针对自发布里渊散射信号的频谱特点,设计并制作了一种双峰、波长可调结构的超结构光纤光栅滤波器。该滤波器具有滤波抑制比高、滚降特性好、线宽窄、中心波长可调、插损低、稳定性高等特点。通过两级超结构光纤光栅的级联,对瑞利散射信号的抑制达到约30 dB,可以把自发布里渊散射信号的2个峰同时提取出来。在此基础上,搭建了基于布里渊散射技术的全分布式光纤传感实验系统,对长度约为32 km的传感光纤进行了实验测量,在对被测光纤上长度为130、150 m的两段光纤分别施加1200μ,ε温度变化20°C时,系统较清楚地显示出应力、温度对被测光纤的作用效果。测量结果表明,该系统可以实现光纤温度及应力的变化监测。     

自参考式光纤气体传感数据处理方法

气体检测是光纤传感领域的一大研究热点．在强度吸收型气体传感系统中,吸收致光强变化的检测直接影响到气体浓度的解调精度．以内腔吸收式气体传感系统为例,采用自参考式数据处理方法实现气体吸收谱线的自动识别与浓度解调．根据朗伯．比尔（L-B）定律,理论推导了光强检测误差对浓度解调误差的影响．采用自参考式浓度解调算法,提取了乙炔气体的吸光度曲线,并从理论和实验2方面计算了气体吸收峰的吸光度．分别采用自参考式和预参考式解调算法,再结合2种不同的拟合线型,计算了500组实验数据中9条乙炔气体吸收谱线的吸光度．结果表明,采用自参考式解调算法．Lorentzian拟合时解调误差最小且不超过250×10^-6．再结合波长扫描理论,浓度传感的解调精度可得到进一步提升．     

塔康脉冲峰值滑动窗检测与方位包络拟合方法

针对在低信噪比情况下塔康(tactical air navigation,TACAN)峰值检测误差大、脉冲形变和易丢失等问题,提出了滑动窗方法检测塔康钟形脉冲峰值.设计了与塔康钟形脉冲匹配的滑动窗,通过多次滑动比较窗中离散点与首尾点幅值来判断脉冲到达时刻,累加离散点做归一化估计峰值,采用最小二乘算法拟合周期内各峰值点估计包络,剔除偏差包络分布较大值并重新拟合提高角度测量精度.仿真结果表明,所提方法在低信噪比情况下,能有效检测峰值和估计方位信息,估计误差小于0.5.,满足塔康系统方位误差小于2°的要求.     

离散傅里叶变换的自适应循环电力谐波分析算法

提出一种基于DFT的自适应循环电力系统信号分析算法,该算法将插值算法和相位差校正算法进行融合.首先使用插值算法估计被检测信号的频率,计算出最佳的信号整数倍周期的截断长度,然后利用相位差校正算法纠正测量分量的频率、相位和幅度等参数,信号中各频率分量在迭代循环中进行分离.仿真实验中,通过添加海明窗、汉宁窗、布莱克曼窗和莱夫-文森特窗等来展示该文方法的效果.实验结果表明,该方法相比其他算法具有较高的计算精度.     

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.