FBG光纤传感器的同步探测技术

光纤光栅传感解调系统的波长校准技术是人们关注的焦点,通常是将固定波长的FBG固定在恒温箱中,以此作为光纤光栅传感解调系统的参考元件．此方法占用了宽带光源的某个波长范围,从而制约了解调系统的波长扫描范围．构建的光纤光栅传感解调系统,将FP滤波器的驱动锯齿信号转变为方波信号,以此作为同步处理所需参考信号,省去了这个固定波长的FBG传感器,充分地利用了宽带光源的波长范围,并使得解调技术简单,同时提高了外接FBG传感器的数量．     

用于探测极低频信号的光纤传感器相位生成载波解调方法

提出并实现了一种用于微弱极低频信号探测的干涉式光纤传感器相位生成载波(PGC)解调方法。对PGC解调方法中微分交叉相乘(DCM)及反正切(Arctangent)两种相位抽取算法应用于极低频信号解调进行了理论分析和算法仿真,其结果表明,DCM式PGC算法解调极低频信号时,其结果中存在直流漂移,而Arctangent式PGC算法的解调结果中不存在直流漂移问题。进而基于光纤干涉仪搭建了极低频光纤传感系统,并进行了两种PGC解调算法的对比实验,实验结果表明,Arctangent式PGC算法不存在DCM式PGC算法解调极低频信号时的直流漂移,且能够准确解调极低频信号,与理论分析的结论相符。最后采用Arctangent式PGC算法实现了极低频干涉式光纤传感系统,该系统达到的最低可探测信号频率为0.01 Hz,最小可探测信号为4×10-4rad/Hz,动态范围为110 dB@1 Hz,线性相关系数为99.99%。     

声光滤波原理在光纤光栅中的应用

光纤光栅波长信号的解调是当前光纤传感领域中的关键技术之一，也是研究的热点。文中介绍了一种基于光纤光栅反射滤波技术，利用声光滤波器（AOTF）对反射谱进行动态扫描的波长解调方案，并给出了详细的理论推导和分析。本方案采用全光纤结构，数据经计算机处理，有效地提高了波长解调精度和系统稳定性。通过将波长的变化量转化为相对光强的变化，避免了使用光谱仪等昂贵设备，便于光纤光栅传感器的实际应用。     

数字化PGC解调光纤水听器的动态范围

阐述了基于数字化PGC解调的光纤水听器基本原理,对该系统最大可测信号及最小可测信号进行了理论分析,得出了系统动态范围的主要决定因素。搭建光纤水听器系统,测试了光纤水听器系统的自噪声谱级,建立标准得到系统的最大可测信号。当带宽为63～1600Hz时,测得系统的动态范围高达108～120dB。     

光纤法珀传感器解调系统的设计

光纤法珀传感器具有测量精度高、动态范围大、可单端检测等优点。针对白光干涉型法珀传感器,设计了一种基于体光栅的光纤传感器解调系统。该系统采用高性能体光栅和线阵CCD阵列实现了光谱的采集,并结合高性能数据采集卡和PC机进行信号的处理和输出。测试结果表明该解调系统的温度测量精度在±1℃以上。     

光纤法珀传感器解调系统的设计

光纤法珀传感器具有测量精度高、动态范围大、可单端检测等优点。针对白光干涉型法珀传感器，设计了一种基于体光栅的光纤传感器解调系统。该系统采用高性能体光栅和线阵CCD阵列实现了光谱的采集，并结合高性能数据采集卡和PC机进行信号的处理和输出。测试结果表明该解调系统的温度测量精度在±1℃以上。     

基于F-P腔滤波器的FBG温度传感器解调技术

近些年来,光纤光栅传感器成了传感领域的研究热点.对高精度的波长编码信号解调是实现光纤光栅传感的关键技术.介绍了光纤布拉格光栅(FBG)传感器的工作原理,同时对F-P腔滤波器的工作原理进行了分析,阐述了光纤光栅传感器解调技术的发展趋势,并提出了光纤光栅传感器解调技术需要解决的技术问题.     

《学报》与我们共同成长

研究了一种基于长周期光纤光栅的振动传感器波长解调方法,可解调波长范围为1 522～1 538 nm.宽带光源的出射光经光纤布喇格光栅反射后,入射到长周期光栅,经长周期光栅调制后光纤布喇格光栅反射光强会发生变化.通过对谐振波长处光功率的探测,实现光纤布喇格光栅静态、动态信号的监测.通过温度测量实验对监测系统进行标定,实验中光纤布喇格光栅传感器波长偏移量与系统输出电压成线性关系,比值为0.01 nm/mV.将传感器粘贴于铝板表面,采用该系统解调简支铝板结构的微小振动引起的波长变化.系统采集到的动态信号时域波形及频谱与涡电流位移计的测量结果相吻合,表明该系统可实现1 kHz以上的动态应变测量.     

光纤光栅动态称重技术的研究

在实验室内搭建了一套光纤动态称重系统,该系统是基于普通单模光纤光栅传感技术。在实验小车经过支撑称重台面的金属弹性体时,将引起弹性体形变,采用光纤光栅传感器监测这一形变。通过分析光纤光栅解调仪采集到的光纤光栅传感信号,反演出实验小车的质量。实验结果表明系统精度优于±3%。该系统采用实时校准光纤光栅传感器基准传感波长方法,消除了环境温度对测量结果的影响,具有自温度补偿功能。     

高分辨率光纤激光传感系统

提出并实现了一种基于光纤光栅(FBG)激光器的高分辨率光纤传感系统。通过在一段高增益有源光纤写入光纤光栅形成光纤激光传感器,待测信号作用在激光器上引起激光频率变化,采用偏振无关的非平衡迈克耳孙光纤干涉仪将激光频率变化转化为干涉仪相位变化。干涉仪输出的信号经过光电转换后,用采集卡转换为数字信号输入计算机,最后利用改进的归一化相位载波(PGC)解调技术,实现信号的高分辨率解调。实验表明该传感系统的动态应变分辨率达到了5.6×10-4nε/Hz,并且解调结果与待测信号具有良好的线性关系。     

Multiplexing of interferometric sensors using phase carrier techniques

This paper demonstrates the multiplexing of fiber-optic interferometric sensors using a CW phase generated carrier technique. The technique employs modulated diode laser sources at different carrier frequencies, nearly balanced interferometers (∼4-cm path difference), and phase generated carrier demultiplexing demodulation. This approach leads to a simple all-passive sensor array which has intrinsically low crosstalk. The system is analyzed in terms of shot noise performance and crosstalk. An experimental all optical implementation of a four sensor array was demonstrated; both the single sensor and multisensor arrays were limited by the laser phase noise to a sensitivity ofsim 18 murad/sqrt{Hz}. Crosstalk between individual channels was better than -60 dB and crosstalk between three sensors and the test sensor was better than -55 dB. In the absence of laser phase noise the demodulator/demultiplexer demonstratedsim 2-murad performance with both single sensor and four element array operation.     

干涉型光纤传感器相位漂移的无源解决方法

相位漂移是干涉型光纤传感器实际应用中遇到的关键问题之一。提出了一种基于线性控制原理的无源解决方法,利用干涉仪的输出信号得到一个误差信号对光源波长进行调节,在非平衡干涉仪中产生一个补偿相位,对各种噪声引起的相位漂移进行补偿,从而使干涉仪一直工作在最灵敏的地方,实现了无源线性检测。搭建实验系统,利用该方法对某一干涉型光纤水听器进行了测试,结果表明该光纤水听器被很好地控制在正交工作状态,获得了稳定的输出信号。在20~2500 Hz频率范围内,该光纤水听器的声压灵敏度为-156.5 dB(0 dB=1 rad/μPa),频响波动<±1.2 dB,与采用相位载波(PGC)调制解调方法测得的结果一致,从而验证了该方法的可行性。     

干涉型光纤水听器模拟分析与优化

概述了干涉型光纤水听器直接调制光源的相位载波调制解调原理，对实际应用中存在的问题进行了详细的理论和模拟分析，并提出了优化调制信号幅度、消除延迟的影响以及采用自动增益控制电路来稳定光电检测输出等优化方案来提高水听器的稳定性和动态范围，减少波形畸变。     

干涉型光纤传感的相位载波调制解调算法

相位载波调制解调算法是干涉测量的关键技术之一。阐述了相位载波的调制解调原理,说明了相关参数的最佳选取数值,介绍了两种传统的相位载波解调算法,描述了相位载波算法存在的有限的动态范围问题、伴生调幅问题、载波相位延迟问题和相应的解决办法。最后总结相位载波调制解调算法的问题并展望了光纤传感器的发展趋势。     

基于基频混频的相位生成载波调制解调方法研究

提出了干涉型光纤传感器的相位生成载波(PGC)解调的一种改进方法。在传感信号的幅度较小的情况下,该解调方法只由基频信号对输入信号混频,就可以得到与原始传感信号波形成正比的信号,从而提高整个解调过程的效率。仿真分析及实验结果都验证了改进算法的可行性。在基于马赫-曾德尔干涉仪(MZI)以及外调制方式的信号检测实验中,采用该解调方法所得信号和原信号相关系数达0.99以上。     

Simultaneous Long- and Short-Gauge Strain Measurement in Spectral Domain by a Novel Optical Fiber Sensor Unit

A novel fiber-optic sensor unit by combining fiber-optic white-light interferometry and fiber Bragg gratings is proposed for simultaneous long- and short-gauge strain measurements. A new demodulation scheme based on spectral coherence theory for fiber-optic white-light interferometric sensors is proposed. This makes it possible that two quite different types of sensors in one unit can be simultaneously demodulated in the spectral domain. An experimental sensor unit has been built and tested. The results demonstrated that the spectral demodulation of the sensor unit is readily realized and that the sensor scheme is feasible.     

干涉型光纤传感器PGC解调算法的研究

相位生成载波解调（PGC）技术是一种广泛应用于干涉型光纤传感器的零差解调法。简要概述了PGC的定义以及调制原理,分析了几种解调算法,研究发现干涉信号幅度、调制深度会对解调结果产生影响。通过消除干涉信号幅度和调制深度的影响,可以减小解调信号的失真;并且,采用低阶次的混频载波可以减小采样频率。文中的结论对于干涉型光纤传感器的解调技术具有重要的理论参考价值。     

干涉型光纤传感器偏振衰落动态补偿技术

为了消除单模光纤制作的光纤传感器常会因外部环境扰动而引起相位衰落和偏振衰落,通过改进传统的马赫-泽德干涉仪,利用高频振荡的PZT结合相位生成载波零差解调电路用来补偿相位衰落,引入一个可随干涉信号的幅值变化旋转的半波片来调整输出的干涉信号,据此可实现偏振衰落的动态补偿.通过理论分析可以得出由偏振衰落造成的信号幅度波动不大于3dB.     

一种用于干涉型光纤传感器动态相移测量的J0-J1法

提出了一种用于干涉型光纤传感器动态相移测量的J0-J1法,实现了无源零差检测,而且信号解调算法简单,检测频带宽。详细介绍了该方法的基本检测原理,并对解调误差进行了理论分析与仿真,得出了系统能够检测的最大动态相移幅度与干涉仪的工作点允许变化的范围相互制约的结论。编写了实时的信号采集、处理程序,对某一干涉型光纤水听器探头的声压灵敏度进行了测量。在频带20~1300Hz上,平均声压灵敏度为-162dB(0dB=1rad/μPa),波动<±1.0dB,单频点500Hz的灵敏度变化<±0.5dB,与采用相位载波(PGC)调制解调法测量的结果基本一致,验证了J0-J1法的可行性。     

光纤传感器闭环工作点控制检测方法的改进

闭环工作点控制是干涉型光纤传感器的一种简单有效的信号检测方法.在传统闭环工作点控制检测方法的基础上,对信号解调算法进行了改进,从而扩大了系统的动态范围,并提高了检测的速度和精度.对新算法的解调误差进行了详细的理论分析与仿真,得出了最大可检测信号与工作点允许变化的范围相互制约的结论.为了验证新算法,搭建了简单的Mach-Zehnder干涉仪系统,并编写了实时的数据采集与处理程序,对压电陶瓷(PZT)调制器产生的模拟信号进行了检测.实验结果证实了该算法的有效性.