基于傅里叶变换光谱技术的光纤光栅色散测量系统

建立了基于傅里叶变换光谱技术的光纤光栅色散测量系统.详细阐述了系统组成和原理,针对测量方法和误差来源进行分析.对啁啾光纤光栅的实际测量结果证明了系统的可行性.测量重复性优于5ps.系统具有结构简单,测量时间短等优点.     

光纤双干涉在线绝对测量技术研究

研究了一种新的兼融低相干干涉和高相干干涉的光纤在线绝对测量技术,可对能转换成位移变化的静态及准静态任意物理量进行测量.利用宽带光谱光源作为光源,以及光纤光栅只反射布拉格波长的特性,使光纤迈克尔逊干涉仪同时工作于低相干干涉和高相干干涉状态.用低相干干涉信号决定被测量的幅值,使测量的最大跨距不受光波波长限制,并且实现绝对测量;同时,用高相干干涉信号测量被测量的量值,使测量结果保持高相干干涉测量的高精度.利用高相干干涉信号对环境干扰进行修正,使该测量技术适合在线测量.分别研究并实验了单光源光纤测量系统以及由双光源组成的复合光源光纤测量系统,利用这两种系统对位移进行测量,测量结果的线性相关性分别为0.996和0.999 9,测量量程均为6 mm,均可对0～6 mm范围内任意跨距的位移进行测量.     

光纤多气体检测系统的研究

采用光纤光栅波分复用技术,通过光纤光栅和压电陶瓷对LED进行波长调制,获得与气体吸收峰对应的窄带反射出射光,检测二次谐波,实现多气体浓度检测.建立了谐波检测的数学模型,进行了C2H2和CO测量系统的研究.     

用于高精度测量位移等参量的光纤多波长激光器

本文研究并实验了光纤单波长激光器、光纤双波长激光器、以及光纤三波长激光器,分别发出单波长、双波长、以及三波长激光,分别用于对位移、台阶高度、绝对距离等参量的高精度干涉测量。利用光纤光栅只反射布拉格波长的特性,将光纤光栅作为光纤激光谐振腔的反射镜和波长选择元件,可以使光纤激光器具有单个或者多个独立的但光程重叠的激光谐振腔,每个激光谐振腔有掺铒光纤作为增益介质。980nm激光的泵浦下,光纤多波长激光器分别发出单波长、双波长、以及三波长激光,每个波长值可以根据需要确定,两个波长之间的间隔也可以根据需要确定。光纤多波长激光器发出的多波长之间无模式竞争,每个波长的功率和频率都稳定。每个波长的稳定度达10-7,能够满足对位移、台阶高度、绝对距离进行高精度干涉测量的要求。     

分布式光纤应变传感器的研究

根据光纤中的布里渊散射频移与光纤所受的拉伸应变有关的特性,提出了基于光频域反射法的分布式光纤应变测量系统,采用光纤光栅法布里-珀罗干涉仪对布里渊频移进行直接测量的新方法,给出了实验系统及实验结果,证明了该方案的可行性.     

CFBG色散特性低相干干涉测量的误差分析

CFBG(Chirped Fiber Bragg Grating)是一种光纤无源器件,在光通信系统的色散补偿以及传感技术等方面具有广阔的应用前景,其色散特性对其推广应用具有至关重要的作用。本文介绍一种CFBG色散特性测量的光纤低相干干涉系统,并说明其测量原理。进行了相关的实测实验并对所采集的干涉图进行数据处理。实验表明该系统测量精度高,达到皮秒(群时延)量级,并且测量速度快。并对系统进行了误差分析。     

非平衡光纤干涉仪臂差精确测量方法研究

为实现对光纤干涉仪臂差的精确测量,提出了一种采用基于F-P调谐滤波技术的光纤光栅解调系统来精确测量光纤干涉仪臂长差的方法.简要介绍了F-P调谐滤渡法的渡长解调原理,通过分析非平衡迈克尔逊干涉仪的工作原理,指出了输出干涉谱与臂差之间的关系,进而分析了光纤光栅解调仪对干涉仪臂差进行精确测量原理.实验表明该方法可以实现对干涉...     

光谱吸收型光纤多气体传感系统

基于气体的近红外吸收机理，研究了一种可以检测多种气体的全光纤传感方法，采用光纤光栅波分复用技术．通过光纤光栅和压电陶瓷（PZT）对宽带光源LED进行波长调制，获得与相应气体吸收峰相对应的窄带反射出射光，检测二次谐波，实现对多种气体的较高灵敏度测量。利用二次谐波与光纤光栅透射光强的比值来消除光路干扰。建立了谐波检测的数学模型，进行了光纤C2H2和CO气体测量系统的实验研究。     

一种新型光纤光栅电流传感器的研究

提出了一种新型的光纤光栅电流传感器。该系统直接在光栅上镀上一层金。在测量中,电流直接对光纤光栅加热使反射谱中心波长产生漂移。该系统结构简单,精度高。     

楔块调整式Talbot干涉仪的光学设计

为改变光纤光栅的写入Bragg波长,研制了包括一块相位模板和两块紫外反射平面镜的楔块调整式Talbot干涉仪。在写入光纤Bragg光栅的过程中,通过调整两平面镜的反射角度可改变由±1级衍射光束经两平面镜反射后形成的干涉条纹的周期。最后,放置在可调谐干涉区的光纤就可刻写成具有不同写入Bragg波长的光纤光栅。值得注意的是通过选择不同倾斜角α的楔形块,决定了光纤光栅的写入Bragg波长的改变率和干涉条纹棱脊位置的位移率。     

消像差光栅的理论及实验研究

对消像差光栅进行了理论和实验研究。用光程函数和费马原理研究光栅的成像,用刻槽分布函数表示光栅的刻槽曲率及间距变化。对成像的理论分析表明光栅刻槽分布函数比刻槽间距更容易表达像差,给出了消像差光栅的表达形式。比较了SD、WFA、LPF等光栅的参数优化方法。探讨了消像差光栅密度的干涉测量法,设计了光路,对光栅密度进行了测量。     

三维扫描仪软件的设计及实现

在三维扫描仪的软件设计中,在测量条纹的编码以及左右图像的匹配方面提出了一种新的算法,较好地解决了目前国内外三维扫描仪对黑色物件及反光件物体的测量一直都没有取得较好的研究效果的问题。在测量条纹的编码中,引进定位条纹作为编码的起始标志;在左右图像的测量条纹匹配中,运用设计的条纹所固有的属性来进行匹配。实验表明,该设计非常有效,目前该产品已投入生产,并获得了很好的经济效益。     

Alignment measurement of two-dimensional zero-reference marks

Alignment with submicron or even nanometer scale resolution is of vital importance in precision engineering. By superimposing a pair of specially coded two-dimensional gratings, the correct alignment position of the two gratings can be obtained by detecting the maximum output of the sharp intensity peak. In this paper, design and fabrication of such two-dimensional zero-reference gratings are introduced. The arrangement of the experiment system is presented in detail. The alignment measurement of the reference marks is tested, and the results are compared with those obtained by autocorrelation method and diffraction analysis. It is found that experimental results are in good agreement with theoretical analysis.     

集成双光栅干涉微梁位移测量方法

介绍了一种基于集成双光栅干涉和CCD图像测量的微梁位移测量方法,并利用相位差约为π/2的一组光栅实现了扩量程位移检测。利用表面牺牲层工艺制作敏感芯片,在玻璃基底上刻蚀深度约为入射激光波长1/8的凹槽,凹槽上下的两组光栅与正上方对应的梁分别构成两组相位敏感集成光栅单元。利用1级衍射光将集成光栅单元成像在CCD靶面上,梁的位移变化通过CCD图像上对应光斑的灰度值变化来反映。实验结果表明,虽然玻璃凹槽腐蚀深度的误差导致光栅之间的相位差偏离π/2,但所制作的集成双光栅结构实现了多周期的扩量程位移检测,通过接近π/2相位差的两个光栅得到的光强信号的错峰使用,避免了干涉法正弦位移检测信号的峰谷不灵敏位置,实验测得微梁的位移变化为650nm。     

GSXC—Ⅱ型平面光栅衍射效率测试仪

本文提出了一种可用于紫外、可见至近红外光波长区平面光栅衍射效率自动测试的智能化测试仪器。文中叙述了该仪器的测量原理、仪器结构、光学系统和微机接口及电子线路的基本原理,并结出了十几种典型光栅的实测曲线。实测结果表明该仪器的测量重复性优于1.5％,均方根误差小于0.5％。     

一种光学三维测量中的相位计算及补偿方法

在基于格雷码和相移技术进行三维测量的过程中,相移光栅的非正弦性对测量精度有较大的影响。一般必须对获得的相位值进行修正以改进测量精度,常用的方法之一是物体相位传递函数,但其周期性假设使得修正结果仍然存在一定的误差。提出通过研究平面物体相位分布规律与标定相结合的方法。正确获得投影光栅在参考面的相位分布函数,降低光栅非正弦性的不利影响,消除物体相位传递函数周期性假设带来的误差,保证测量的精度和系统的健壮性。     

同心圆光栅二自由度误差测量系统

提出了一种基于同心圆光栅莫尔条纹图象处理的超精密二自由度误差测量(TDFM)方法,介绍了该测量方法的基本原理,包括同心圆光栅莫尔条纹产生机理、三光栅光学系统原理、影像光学原理以及CCD莫尔条纹图象处理的方法.通过实验对实际测量系统进行了分析与标定,并将测量结果与双频激光干涉仪进行了比较.结果表明该测量方法可实现超精密二自由度的误差在线测量及补偿,测量精度优于0.1μm.     

倾斜光纤光栅周期对其透射谱的影响

倾斜光纤光栅作为一种特殊结构的光纤光栅,近年来受到了研究人员的广泛关注。基于模式耦合理论,仿真研究了光栅周期对倾斜光纤光栅透射谱的影响规律。研究结果表明,纤芯导模与包层模的波长差和光栅周期之间存在良好的线性关系。利用这一结论可提高倾斜光纤光栅在应变测量中的灵敏度和检测精度,且能够实现单光纤多测量的目的。     

长啁啾光纤光栅传感特性分析及分布式位置识别研究

针对复杂环境下传统位置传感器易受电磁干扰、复合材料兼容性差等缺点提出了基于长啁啾光纤光栅的分布式位置传感系统。通过对长啁啾光纤光栅传感原理的理论分析,得到其反射谱与作用力位置之间的关系,利用相关匹配算法对长啁啾光纤光栅的特征谱序列进行解调,并搭建了基于长啁啾光纤光栅分布式位置识别测试系统。试验结果表明:在0-300mm范围内,其位置传感监测曲线的线性相关系数大于99.98%;与标准位置测试数据进行对比,其误差低于±1mm。该传感方法适用于复杂环境下位置传感系统的分布式测量,具有较高的参考意义和实际应用价值。     

Wireless sensor marking and temperature measurement with SAW-identification tags

A wireless sensor marking system based on surface acoustic wave (SAW) identification tags is presented. The proposed solution is compatible with existing measurement systems and can be applied directly in the sensor or by means of a unique sensor identification cable (SIC). The SAW tag operates completely passive, and withstands temperatures up to 400 °C as well as shocks up to 35 000 m/s². It contains a unique serial identification number, which is encoded on the high-temperature stable SAW device by means of metallic reflector gratings. The interrogation unit uses the sensor cable for transmission but is not directly connected to it, thus the identification system can be even used with high impedance measurement equipment, e.g. charge amplifiers. Interrogation is done in frequency-domain based on well-known radar principles and is realized in a low-cost add-on circuit to the existing sensor evaluation circuitry. Furthermore, by simply enhancing the evaluation software, a temperature measurement of the SAW tag itself, and thus often of the sensor or the sensor environment can be done without additional hardware requirements.