DSP光纤光栅解调系统研究

实现高精度、快速光纤光栅解调的关键在于对FBG传感器反射的光信号进行波长分析,根据波长的大小结合光纤光栅传感器的物理特性,最终获得相应的待测量。通过对解调系统中存在的噪声进行系统分析,找出电路和光路中影响系统精度的因素,并针对元器件选型、pcb布局、光路搭建、软件算法方面提出了噪声抑制方案,有效提高了系统的测量精度。     

基于FBG的新型微位移测头系统的研究

为了提高微位移测量系统的测量精度,文章设计了以光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)为传感器的触发式测头系统。该测头采用双FBG悬接式探头传感结构,实时修正温度气流振动等环境干扰的影响;球形的探针结构扩大了测量范围;同时为了降低成本和简化结构,系统采用可调谐匹配光栅法对信号进行解调。利用PI线性微动平台和Renishaw XL-80激光干涉仪做出的实验结果表明,该系统量程为30μm,最优分辨力达到10nm,非线性误差为150nm,满量程重复性小于350nm。     

微型光纤加速度计系统研究

光纤加速度计作为新型光纤传感器的一种,在高精度测量领域中有着不可替代的作用.实现光纤加速度计信号的解调,对于进一步提高传感器测量精度以及实用化都有着重要的意义.光源调频相位生成载波技术(PGC)常用于干涉型光纤传感器的信号解调,为了实现整个光纤传感系统的小型化,提高数据处理速度和解调精度,设计制作了应用于盘式光纤加速度计数字解调系统,系统以DSP和FPGA数字系统作为解调硬件电路的核心,实现对微型盘式光纤Michelson干涉仪相位信号检测.实验结果表明,微型盘式光纤加速度测量系统对微小振动信号检测有着很高的灵敏度,是高精度测量领域中的一个重要研究方向.     

具有温度补偿的光纤光栅压力传感器

为了实现高压测量时的温度交叉敏感问题,提出一种基于自由弹性变形体的光纤光栅压力传感器结构及光纤光栅传感信号的自解调方法。与传统光纤光栅传感器中传感单元与解调单元相互分离的结构不同,该文提出的光纤光栅压力传感器系统利用一对匹配的光纤光栅和一个简单的等腰三角形悬臂梁结构,实现了传感解调的合而为一,解决了光纤光栅传感器的交叉敏感和信号啁啾的问题。仿真与初步的试验结果表明,在高达100M Pa的压力范围内,测量灵敏度为8.5 pm/M Pa。     

基于TDM的分布式光纤光栅传感网络

为有效提高光栅复用容量,提出了一种分布式光纤布拉格光栅传感网络方案,并进行了实验.方案中传感解调模块以TDM方式与多个传感通道相连通,利用传感通道选择光链路以时分复用方式实现传感解调端对多个传感通道的开关控制,以时分/波分相结合的机制对分布式传感量进行解调.在实验验证系统中,基于匹配光纤光栅解调方案下,以2.5 Hz的循环测试频率,多次测量同一FBG(fiber bragg grating)周期,测得系统的解调精度为±0.06 nm,具有较好的重复测量稳定性.结果表明,方案结构简单可行性好且具有良好的可升级扩展性.     

基于MSP430单片机的光纤光栅传感器匹配解调系统

通过对双先纤光栅并联匹配解调原理的研完,提出了基于MSP430单片机的光纤光栅传感器解调系统.利用曲线拟合的方法对压电陶瓷驱动电压与光纤光栅的波长偏移量的数据进行拟合计算,实现光纤光栅解调的目的.本文给出了该方案软硬件设计,并对匹配解调法的发展前景进行了论述.     

基于双光纤光栅的流速传感器设计

针对智慧海洋领域对海洋流速监测的要求,基于双光纤光栅能消除温度对流速的交叉灵敏度特性及悬臂梁的杠杆放大结构,设计了一种用于测量流体流速的双光纤光栅流速传感器。该传感器主要由外壳、光纤光栅测试组件及固定件组成,采用无胶化密封封装,进行了灵敏度及动态范围的测试,此外还分析了不同温度和压力对传感器性能的影响。通过高精度解调仪解调,设计的光纤流速传感器的灵敏度为76 mm/s,流速测量范围为0 ~ 1.2 m/s,且该流速传感器对温度和外界压力都不敏感,能够实现对流速单一参量的监测,可以满足油气田开采、油气输送管道、海洋河流等环境下流体测试的需求。     

光纤光栅传感器的信号解调技术

阐述了光纤光栅传感系统的信号解调技术,光纤光栅传感器的信号解调技术的实际应用提供了理论依据。     

基于取样光纤光栅的温度-应变交叉传感器

设计了一种基于取样光纤光栅的温度-应变交叉传感器,应变测量范围为0~2 000με,温度测量范围为-50~200℃.仿真验证获取了取样光纤光栅的传感特性.应用SPSS统计学软件,得到取样光栅同时测量温度和应变的双参量矩阵方程,并标定了矩阵方程中的4个传感系数.     

光纤光栅测力环及其应用

基于光纤光栅传感原理,将光纤光栅应变传感器、温度传感器与弹性体组合在一起,研制出了光纤光栅测力环.该装置同时测量构件所受应力和温度,并对结果进行补偿以提高测试精度.光纤光栅测力环已成功应用于国内某桥系杆换索施工的监测,实践表明在一般建筑工程环境下,其测量精度可达到±2%,大大优于其他测量工具.因此,光纤光栅测力环可以实时精确地监测工程结构的温度及应力变化状态.     

Optical Fiber Grating Sensor for Force Measurement of Anchor Cable

The development of the sensor suitable for measuring large load stress to the anchor cable becomes an important task in bridge construction and maintenance. Therefore, a new type of optical fiber sensor was developed in the laboratory - optical fiber grating sensor for force measurement of anchor cable （OFBFMAC）. No similar report about this kind of sensor has been found up to now in China and other countries. This sensor is proved to be an effective way of monitoring in processes of anchor cable installation, cable cutting, cable force regulation, etc, with the accurate and repeatable measuring results. Its successful application in the tie bar cable force safety monitoring for Wuhan Qingchuan bridge is a new exploration of optical fiber grating sensing technology in bridge tie bar monitoring system.     

光纤Bragg光栅传感器在锚固工程中的应用

针对锚杆检测问题，提出了采用光纤Bragg光栅传感技术进行锚杆监测的新方案，详细介绍了光纤Bragg光栅锚杆监测系统的工作原理及主要构成，进行了工程现场与常规技术的对比实验，结果表明：光纤Bragg光栅传感器具有精度高、能测量绝对数值、抗干扰能力强、结构简单和长期稳定性好的优点，可以实现实时在线监测，具有极大的应用和发展前景。     

变压器绕组光纤光栅温度传感器的优化设计

基于光纤光栅原理,研制了直接测量变压器绕组内部温度的光纤传感器,对传感器的封装工艺、材料进行了优化设计,解决了热力场和应力影响问题。经过温度标定实验,对光纤温度传感器进行了温度校准。现场实验表明,光纤温度传感器与电子传感器的测量温度能够保持较好的一致性和重复性,测量灵敏度小于0.1℃,测量精度可达到±0.5℃,满足变压器绕组内部温度的实时在线检测要求。     

基于光纤光栅传感器的混凝土梁应变检测

介绍了一种基于光纤光栅传感原理的光纤应变传感器和其测量混凝土内部应变的原理。采用GSYD-B型光纤光栅应变测量仪,利用FBG对混凝土内部应变进行了测量。通过加载条件下与应变片对比试验,验证了光栅传感器具有良好的可靠性。结果表明,这种新型光纤传感器显示了良好的传感性能,能够监测混凝土内部应变状态,发挥出成活率高、绝对值测量和寿命长等优势。     

薄壁管光纤光栅传感器准稳态传热性能研究

依据傅立叶传热定律和牛顿冷却定律分析了薄壁管光纤光栅传感器准稳态传热机理,用AN-SYS数值模拟了其传热性能.在22.3～303.1℃温度范围,对薄壁石英管封装的光纤光栅温度、压力双参量传感器内、外壁温度进行了测试,结果表明数值模拟与实验验证基本吻合,为光纤光栅传感器的设计和测试提供了依据.     

光纤光栅传感技术应用研究及其进展

光纤光栅传感器具备普通光纤传感器所不具有的不受光强波动影响、自参考的绝对测量、便于单光源波分复用和光集成四大优点,因此成为当前国内外的一个研究热点．目前光纤光栅传感器在航空航天领域和民用工程领域已得到了较为广泛的应用,而且各种新的解调方案不断被提出,然而被测参量之间的交叉敏感和解调技术等因素影响了光纤光栅传感器商品化的进程．当前的问题是探索性价比更适合于产业化的技术方案,使光纤光栅传感器能更广泛地为国防和国民经济建设服务．因此,对光纤光栅传感技术在国内外的应用研究进行了较为全面的综述,以使有关方面和同行对该研究领域投入更多的人力物力．     

光子晶体光纤光栅在传感器系统中应用研究

光子晶体光纤光栅是一种新型的无源器件,可广泛用于光纤通信系统、光脉冲压缩、传感器及滤波装置中.采用耦合模理论对光脉冲在光子晶体光纤光栅中传播进行分析,给出光子晶体光纤光栅的制作方案,提出了光子晶体光纤光栅在压力传感器、折射率传感器、应变传感器和射流传感器等方面的具体应用.光子晶体光纤光栅对温度的敏感性比传统单模光纤传感器要低2至3个数量级,光子晶体光纤光栅传感器系统不需要温度补偿,传感器系统更为简洁而具备充分的优越性.     

光纤光栅传感器的现状与发展

概述了近几年国内外在光纤传感器领域的研究热点－光纤Bragg光栅传感器的发展与现状,这种迅速发展的功能光纤传感元件具有其它种类的光纤传感器无可拟的优点,给出了光纤Bragg光栅的基本光学特性,光纤光栅的制作技术,光纤光栅传感器的工作原理,对温度和应变的灵敏度分析以及波长位移信号的解调技术等,最后描述了其前景和主要研究方向。     

光纤光栅碳氢化合物泄漏传感系统的研发

介绍了光纤光栅传感器的理论模型以及计算和实验结果;通过研制各种丁基胶柱,开发了新型的具有温度补偿的光纤光栅传感系统.这对输油管道和储油罐及时定位的检测碳氢化合物泄漏具有很大的实际应用价值.