基于遗传算法的光纤光栅交叉敏感解调研究

光纤光栅在现代传感领域应用广泛,但交叉敏感特性严重制约了其发展。针对光纤光栅在传感领域应用中存在温度与应力交叉敏感的问题,提出了一种基于遗传算法的解调方案,建立了遗传算法的快速解调模型,经过数学分析得到遗传算法目标方程、适应度函数,系统讨论了参考光纤光栅与传感光栅的反射中心波长不同、反射峰值不同情况下的解调结果。数值研究结果表明,提出的基于遗传算法的解调方案可以有效地解调出参考光纤光栅与传感光栅参数不同情况下的温度与应变变化,有效地区分出温度与应力的影响,温度检测精度为0.1 ℃,应力检测精度为1.5 。打破了传统参考光纤光栅法要求传感光栅与参考光栅一致的要求,降低了系统的组建难度。     

基于FPGA的光纤光栅温度传感器高速解调系统

为了实现对光纤光栅温度传感器的高速解调,采用了一种基于现场可编程门阵列和小型光谱仪模块的光纤光栅温度传感器高速解调系统,利用放大自发辐射光源产生的近红外宽带光辐射,照射光纤光栅温度传感器,对其反射光通过高斯拟合寻峰算法确定中心波长,并由中心波长偏移量判定环境温度的解调方法,进行了理论分析和实验验证。结果表明,在30℃~60℃温度范围内,完成了解调速率达20kHz、温度灵敏度为12.49pm/℃的高速温度测量,实现了对光纤光栅温度传感器的高速解调。     

线性斜边滤波器在光纤光栅传感系统中的应用

介绍线性斜边滤波器在光纤光栅传感系统中的应用,根据斜边滤波器波长解调方案的工作原理,主要介绍一种利用斜边滤波器的光纤光栅解调技术．实验采用1530／1550nm的斜边滤波器对单点光纤光栅应变和温度进行解调,结果表明该解调系统具有0．01nm的波长分辨力,该系统结构简单,易于解调．     

边缘滤波温度传感研究

利用基于长周期光栅的边缘滤波解调方法,在给出波长解调原理的基础上,对裸光纤光栅和毛细钢管封装的光栅进行了温度传感实验研究。实验结果表明,在所测温度范围内,光纤光栅呈现良好的线性关系,且封装式传感头线性度更优。而后利用封装式探头进行解调实验研究,表明经边缘滤波解调后系统的精度进一步提高。     

边缘滤波温度传感研究

利用基于长周期光栅的边缘滤波解调方法,在给出波长解调原理的基础上,对裸光纤光栅和毛细钢管封装的光栅进行了温度传感实验研究.实验结果表明,在所测温度范围内,光纤光栅呈现良好的线性关系,且封装式传感头线性度更优.而后利用封装式探头进行解调实验研究,表明经边缘滤波解调后系统的精度进一步提高.     

用可调谐F-P滤波器实现分布式应变与温度同时测量系统

理论分析了FBG光纤光栅和长周期光纤光栅应变与温度同时测量的传感原理.在分析实现光纤光栅传感技术解调的基础上,重点研究了可调谐光纤F.P滤波器解调法.提出采用可调F-P滤波器实现分布式应变与温度同时测量系统的解调方案,较好地实现了多点应变与温度的同时测量.这种方法的测量精度较高,其中测量应变的灵敏度可以达到9με,测量应变的灵敏度为15℃.     

基于气体特征吸收谱线的电缆光纤光栅温度监测系统

基于电力电缆温度在线监测的需求,设计了一种精度高、稳定性好的光纤光栅温度传感器,光栅的波长漂移与温度成线性关系,结合F-P可调滤波器和LabVIEW软件平台搭建光纤光栅温度在线监测系统,系统采用C2H2气体吸收谱作为F-P可调滤波器的实时校正波长,温度传感器的波长解调不受外界温度和压力等环境的影响,通过插值拟合算法实现光纤光栅中心波长的高精度解调,精度可达±5 pm,即测量温度精度为±0.2℃。     

光纤光栅传感器的波长解调技术研究进展

光纤布喇格光栅(Fiber Bragg grating,简称光纤光栅:FBG)波长的解调是光纤光栅传感器应用的关键技术之一.在简单介绍光纤光栅传感原理的基础上,综述了近年来国内外多种光纤光栅波长解调系统的工作原理,分析了相应解调方法的优缺点,讨论了当前光纤光栅波长解调存在的技术难点,展望了其未来的研究方向.     

基于实时小波消噪的光纤光栅解调系统研究

由于光纤光栅解调系统中的各种光噪声会影响到系统的测量精度,基于小波变换和Mallat算法分析了小波消噪的原理.利用数字信号处理器TMS320VC5402对含噪光纤光栅反射谱进行分解与重构,实现了实时小波消噪.通过仿真试验验证了利用DSP进行小波消噪处理的可行性.进行了基于小波消噪技术的光纤光栅温度解调实验.实验结果表明,解凋系统的解调线性度得到了改善.     

基于FPGA的光纤光栅解调系统的研究

波长信号的解调是实现光纤光栅传感网络的关键,基于现有的光纤光栅传感器解调方法,提出一种基于FPGA的双匹配光纤光栅解调方法,此系统是一种高速率、高精度、低成本的解调系统,并且通过引入双匹配光栅有效地克服了双值问题同时扩大了检测范围.分析了光纤光栅的测温原理并给出了该方案软硬件设计,综合考虑系统的解调精度和FPGA的处理速度给出了基于拉格朗日的曲线拟合算法.     

Novel Distributed Fiber Bragg Grating Sensing System Based on M-Z Interferometer

One of the problems in using grating sensors is how to measure a small Bragg wavelength shift accurately. Nowadays demodulation techniques are mainly based on the edge filter, tunable filter, or interferometric scanning methods. Interferometric demodulation is widely accepted as the technology which can provide the high sensitivity. An interrogation system using the interferometric scanning method is presented, in which an unbalanced fiber M-Z interferometer is used as the wavelength scanner for temperature measurement. A novel fiber Bragg grating sensor system based on M-Z interferometric demodulation technique is presented in this paper. The temperature sensitivity measured in the experiment is almost consistent with that obtained from the theoretic calculation.     

Dynamic Temperature Compensating Interrogation Technique for Strain Sensors With Tilted Fiber Bragg Gratings

In this letter, we propose a novel method of edge filter linear demodulation using tilted fiber Bragg gratings (TFBGs) in a fiber sensor system. Based on the filter characteristics of TFBGs and the same temperature characteristics as the FBG, the strain sensor demodulation system with dynamic temperature compensation can be achieved. An experimental system is built up to achieve one or multichannels of sensor demodulation. The experimental results were analyzed in detail. Using this method based on intensity, linear demodulation with a bandwidth of 6 nm can be achieved. The advantages of this system are an all-fiber design, quasi-static and dynamic operation, and potential high-speed demodulation.     

基于anti-Stokes Raman散射温度效应的温度解调理论研究

激光脉冲进入光纤中,与光纤分子相互作用,产生Raman散射和Raylei曲散射。由于Raman散射具有温度效应,其散射光强度受温度调制,可作为温度信息的载体,用于温度解调及测温系统设计。本文提出了可行的温度解调方法及理论推导,并推导出单通道和双通道条件下的测温关系,设计出两种条件下的传感器系统。     

具有温度补偿功能的双匹配FBG振动传感系统研究

为了提高光纤Bragg光栅(FBG)振动传感系统的 解调灵敏度和解调范围,消除环境温度对解调信号的影响,设计了一种具有 温度补偿功能的双匹配FBG振动传感系统。系统采用两个中心波长对称地位于传 感FBG两侧的透射式匹配FBG,建立 了两个互补对称的传感通道,并利用差分原理实现振动传感。通过Matlab软件对系统性能进 行了仿真分析,结果表明,与传 统方法相比,本文方法有效地提高了系统解调灵敏度和解调范围。将匹配FBG与热电制冷器( TEC)集成封装,并建立温度补偿判断通道,当 判断通道输出电压超过已设置好的阈值时,利用TEC改变封装环境温度,使匹配FBG 与传感FBG中心波长重新匹配, 实现系统温度补偿。经实验测试,系统的归一化解调灵敏度为5.168/ nm,解调范围为1.2nm,判断通道的归一化阈值电压 为0.890。在4种不同环境温度下,利用本系统 对同一振动信号进行测量,实验结果验证了系统温度补偿的可行性。     

具有温度补偿的LPFG功率解调系统的设计与实现

传统的利用光纤Bragg光栅(FBG)反射光作为长周期 光纤光栅(LPFG)入射光的解调方式,无法避免温度的影响。本文提出了一种具有温度补偿功 能的LPFG功率解调方案,将FBG的Bragg波长由压电陶瓷(PZT)的驱动电压控制,使得FBG谐振 波长始终跟随LPFG谐振波长, 以此抵消温度对传统功率解调中的影响。这种解调方案适用于LPFG透射光谱随物理量变化谱 形也发生变化的传感,如微 弯、横向负载等特性。利用本系统对LPFG的横向负载特性进行试验,结果表明,采用此解调 方案获得的实验数据具有与 光谱仪相同的功率变化趋势,能够始终监测LPFG的谐振峰幅值,实现温度补偿的功率解调, 更适合于动态解调。对LPFG 的温度特性进行功率解调实验,结果也验证了解调系统具有温度补偿功能。     

分布光纤喇曼光子传感器系统

分布光纤喇曼光子传感器（ Ｄ Ｏ Ｆ Ｒ Ｐ Ｓ） 系统是一种实时测量空间温度场、应力场和压力场的光纤网络系统。依据喇曼散射的温度效应,自发喇曼散射光子是温度信号的载体,瑞利散射光子是应力和压力信号的载体, Ｄ Ｏ Ｆ Ｒ Ｐ Ｓ 系统是一种特殊的光纤通信机,同时也是一种光纤雷达。文章讨论了系统的结构、解调方法、 Ｌ Ｄ 波长选择、系统的信噪比     

基于保偏光纤环镜的光纤光栅传感解调

研究了基于保偏光纤的光纤环镜结构并建立理论模型,分析各参数之间的关系,设计并搭建了基于偏振干涉的保偏光纤环镜传感解调系统.以LabVIEW作为软件平台,依据理论模型,开发了光纤光栅传感嚣解调控制系统,不仅实现了对解调系统的远程控制、数据采集、图形化显示及数据存储,节省了成本,还能直接获得待测参量值.采用可调谐激光器模拟光纤光栅反射波长的变化,实验证明了该解调方案的可行性和正确性.温度传感检测实验表明,该系统对温度的测量平均精度可达0.03℃,准确度为±0.01℃.

Abstract：

The loop mirror structure based on the polarization-maintaining fiber was investigated, the corresponding theoretical model was established, and the relations of these parameters are also analyzed. The sensor demodulation system of the polarization-maintaining fiber loop mirror based on polarization interference was designed and established. Using LabVIEW as the software platform, the demodulation control system for the fiber grating sensor was developed based on the theoretical model, realizing the remote control of the demodulation system, diagrammatic display and data acquisition and storage. With this scheme, the cost is reduced and the measured parameters can be directly obtained. The fluctuation of the reflection wavelengths of the fiber grating was simulated with the tunable laser, and the feasibility and validity of this scheme were confirmed by experiments. Detection experiments with temperature sensors show that the average temperature measuring precision can be up to 0.03 ℃ and the accuracy is ±0.1 ℃.