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。     

利用高双折射光纤环镜的边缘滤波解调方法

利用由高双折射光纤所构成的Sagnac环镜作为边缘滤波器，解调制布拉格光纤光栅(FBG)传感探头所返回信号光的频率漂移，提出了一种新颖的FBG传感解调制方法。环镜滤波器具有大约6nm的准线性解调制范围。实验结果和理论分析相吻合。     

基于闪耀光纤光栅透射特性的分布式光纤布拉格光栅传感器解调方法

建立了一种基于闪耀光纤光栅(BFBG)透射特性的分布式光纤布拉格光栅(FBG)传感器的解调系统。由两个中心波长相近、光栅长度不同的FBG并联组成一个传感探头(FBG1用于参考,FBG2用于传感),以消除温度对应变测量的影响。将BFBG两端与加有10 Hz锯齿扫描电压的压电陶瓷(PZT)相固定,使BFBG的主模和边模发生周期性的同向偏移,对传感探头的光谱信号进行解调。从BFBG出来的透射光经光电管将光强变化转化为电信号,用计算机对待测应变量进行实时分析显示。实验表明,用BFBG进行光谱解调是可行的(微应变测量的分辨率为5με),并且成功地解决了温度和应变交叉敏感的问题,所建立的实验系统稳定可靠,成本低。     

光纤光栅应力传感器信号检测中双值问题的研究

介绍了采用匹配光纤布拉格光栅解调法(detector FBG)进行强度解调的基本原理，选择反射谱与传感光纤布拉格光栅(sensor FBG)反射谱部分重叠的解调光栅，通过探测解调光栅反射光强的变化进行解调。对这种光栅匹配解调法引起的反射光功率与应力为高斯函数而不是线性对应的问题——双值问题进行了研究，提出了一种新颖的多档光栅并联解调的解决方案，选择并联解调光栅的中心波长和带宽，从而实现所传感的应力与探测到的光功率之间的线性对应，并建立理论模型进行了模拟，从理论上进行了公式推导。最后以两档光栅并联解调为例，用实验证明了该方案切实可行，同时达到的传感范围为522με，测量精度为2．6με。     

基于拍频解调的光纤激光温度传感系统

为了提高光纤激光器的温度灵敏度和数据完整性，提出了一种基于拍频解调的光纤激光温度传感系统。利用光纤激光谐振腔中的光纤布拉格光栅（FBG）进行温度传感，将FBG的波长变化依次转变为谐振腔内的波长变化和光纤激光器拍频信号的频移变化，大幅提高了系统的灵敏度。通过Python程序实现秒级数据自动采集及保存，提高了工作效率。用矩形框中心点位置法代替直接寻峰值法对温度信号进行解调，可避免频率抖动较大引起的误差。相比光学解调技术，该系统利用成熟的电学解调技术解调，无需昂贵的波长解调仪，降低了解调成本。实验结果表明，该系统具有较高的灵敏度和测量精度，平均灵敏度为74.087 kHz/℃，测量精度为0.47×10-3℃。     

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。     

FBG传感器在巷道掘进中的应用研究

采用光纤Bragg光栅（FBG）传感器监测了巷道模型的掘进过程。利用FLA^3D软件对巷道模型进行了掘进过程的应力分析,根据应力分布情况在巷道模型中布设了15个三维应变FBG传感器和3个温度FBG传感器,通过四通道SM125解调仪对传感信号进行系统解调以及数据存储。该传感系统测量精度高,检测的应力变化与FLAC^3D软件模拟结果吻合性好,表明FBG传感器在土木工程的监测中有较好的应用前景。     

布拉格光纤光栅及其在火箭状态监测中的应用探讨

针对火箭状态监测系统中需监测的状态参数多、测量点分布广、抗电磁辐射要求高等特点，探讨了采用布拉格光纤光栅传感器(FBG)构成全光纤型、多参数、分布式传感网络的可行性，给出了FBG传感网络中的光信号发射、传感以及信号解调与数据处理等模块的具体构成。分析了目前FBG用于火箭状态监测中存在的问题及解决途径。     

一种基于反射式SOA的FBG传感解调方法

提出一种基于反射式半导体光放大器（R-SOA）的光纤Bragg光栅（FBG）传感解调方法。周期性调谐R-SOA与可调谐FBG构成的窄带可调谐激光器,当其输出波长与FBG传感器反射波长一致时,由光电探测器输出光电流最大判断2个FBG周期的匹配并完成对传感FBG周期的测量。测量结果表明,FBG传感器中心波长在1 551.9...     

基于环型腔掺Er光纤激光器的FBG传感系统

提出并实验了一种基于可调谐环型腔掺Er光纤激光器的光纤光栅（FBG）传感解调系统。传感FBG与受一维调节器调节控制的匹配FBG共同构成环型腔掺Er光纤激光器的窄带滤波器。一维调节器与步进电机相连，步进电机由PC通过可编程逻辑控制器（PLC）进行控制，一维调节器通过调节匹配FBG的周期以匹配传感FBG的周期从而滤除激光的输出，由激光的输出特性来判断2个FBG周期的匹配性并完成对传感FBG周期的测量。调节器控制系统、激光信号检测电路与数据处理模块共同完成传感信号的解调。实验测得，在4．04nm范围内，系统的波长探测精度为0．02nm。     

光纤F-P腔高灵敏加速度传感器理论模型研究

以提高光纤波长复用型加速度传感器的灵敏度为目标,分析光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating, FBG)加速度传感器的增敏思路,阐明FBG加速度传感器灵敏度的增敏瓶颈和固有制约因素,提出波长复用型光纤法布里-珀罗(Fabry-Pérot, F-P)加速度传感器物理模型,理论研究其加速度传感原理,推导加速度传感器谐振频率和灵敏度的解析表达式,深入分析系统的结构体刚度、干涉级次、腔长对加速度传感器灵敏度和谐振频率的影响因素,并对比分析在不同系统刚度下FBG和F-P加速度传感器的灵敏度响应特性。由于灵敏度与谐振频率相互制约,进一步引入品质因子对比分析FBG和F-P加速度传感器的综合性能。在谐振频率为205 Hz时,传感器灵敏度高达198 nm/G,比基于FBG的传感器灵敏度理论上高出约2个数量级,并提出F-P型加速度传感器波长复用方案。理论分析表明F-P型加速度传感器与FBG型相比具有独特的优势,为光纤型加速度传感器的增敏和波长复用提供了新思路,并奠定理论基础。     

波分复用加光栅光谱形状复用的FBG传感解调技术

针对光纤布拉格光栅(FBG)传感网络中可复用光栅的数量问题,提出波分复用(WDM)和光栅光谱形状复用结合的方法。通过MATLAB仿真和具体实验表明,WDM和光谱形状复用结合使用,在光谱宽度、测量范围和光栅谱宽一定的条件下,能使可复用的光栅数量比只用WDM时增加1倍,相比于其他多种复用技术结合的传感网络,解调系统更为简单。     

光纤光栅传感领域中的组网技术研究

光纤光栅传感技术是目前国内外的一个研究热点,传感组网是该技术的核心技术之一.本文对光纤光栅传感的准分布式传感技术、传感网络技术以及组网中的波分复用(WDM)、时分复用(TDM)和空分复用(SDM)等技术进行了系统的分析,对它们的工作机理、特点进行了分析.     

基于人工蜂群优化算法的光谱形复用技术

光纤布喇光栅(FBG)在构成大型传感网络时,由于光源带宽有限会出现光谱重叠的问题。提出了一种人工蜂群(ABC)算法及改进ABC(IABC)算法的解调技术,结合谱形复用技术与IABC算法对光谱重叠中的各个光栅的波长进行识别,并对多个FBG传感系统进行实验仿真与分析。实验结果表明:IABC算法在多FBG传感复用系统中的解调误差不超过3.6 pm,解调时间不超过7 s,温度测量精度达0.5℃,解决了多个FBG传感网络部分重叠和完全重叠问题。     

光纤气体传感网络的研究进展

光纤传感网络是一种重要的传感网络。将国内外现有光纤气体传感器网络的多址技术归纳为:频分多址、时分多址、波分多址和码分多址等四类。前两类受铌酸锂调制器的消光比及偏振相关性能的制约,且存在无法多点同时监测、系统损耗较大等缺陷。采用波分多址技术的网络,其损耗及监测点间串扰均较小,但受到待测气体吸收峰位置和强度等因素制约,且成本较高。采用光码分多址技术的传感网络,可同时检测位置与浓度信息。该网络采用环行器代替耦合器降低损耗,还可利用全光缓存技术数十倍增加气室有效长度。此类网络将成为气体传感网络发展的重要方向之一。     

Fiber Bragg grating interrogation and multiplexing with a 3×3coupler and a scanning filter

We present a new technique for fiber Bragg grating (FBG) sensor interrogation and multiplexing. The technique combines a scanning bandpass filter used to multiplex by wavelength multiple gratings in a single fiber, and an unbalanced Mach-Zehnder fiber interferometer made with a 3×3 coupler to detect strain-induced wavelength shifts. A demonstration system interrogates four gratings in a single fiber at a sampling rate up to 20 kHz, with a noise floor measured at less than 10 nϵ/√(Hz) above 0.1 Hz     

光纤激光传感技术及其应用

超高灵敏度的信号探测在石油勘探、地震预报和安全监测等领域都具有重要的应用价值.近年来出现了一种以分布反馈(DFB)光纤激光器为传感元件的新一代光纤传感器,它具有尺寸小、输出激光信号极窄的光谱线宽和极低的噪声等优势,与高分辨率波长解调技术结合可以达到极高的探测灵敏度.介绍了在光纤激光传感技术及其应用技术方面的研究进展,包括线宽仅为3 kHz、尺寸仅为3.6 cm的窄线宽低噪声DFB光纤激光器的研制及其测试,波长分辨率达3.5×10~(-7) pm/Hz~(1/2)的超高分辨率波长解调系统,基于密集波分复用的光纤激光传感网络,以及相关技术在水声和地震波探测中的应用研究.     

Universal fiber-optic point sensor system for quasi-static absolutemeasurements of multiparameters exploiting low coherence interrogation

A universal fiber-optic high-resolution point sensor system, based upon signal recovery by dual-wavelength low coherence interferometry, has been developed and demonstrated for quasistatic absolute measurements of multiparameters. This system is capable of multiplexing up to 32 fiber-optic point sensors which can be fiber optic interferometers or fiber Bragg gratings or any combination of the two. The topology of this system is based on a spatially multiplexed scheme with low coherence signal recovery that we have reported previously. A range of multiparameter point sensors, including a medium pressure sensor, a high pressure sensor, a miniature temperature sensor, a displacement sensor, and a fiber Bragg grating strain sensor with drift-compensation, have been developed and incorporated into this network and demonstrated A range to resolution of better than 10⁴ :1 and 2×10³:1 has been achieved for the interferometric sensors and the Bragg grating strain sensor, respectively. The interchangeability of the sensors has also been demonstrated, allowing the sensors to be replaced in the event of damage. Due to the universality of the signal interrogation, the instrument can be compatible with any interferometric point sensor which has a similar optical path difference with the transmitting interferometer or any fiber grating sensor whose normal wavelength is within the spectral range of the light source. In addition, as the total sensor number which can be multiplexed is quite large, the average cost for each sensor is reduced considerably. Therefore, this system allows optical fiber sensors to compete with conventional sensors with the additional benefits of fiber-optic sensors     

具有嵌入式环形拓扑结构的光纤传感器网络

提出了一种基于光学低相干反射（OLCR）技术的嵌入式双环形光纤传感网络。给出了光纤传感网络结构、空分复用（SDM）原理，分析了网络中传感器的信号特性，对携带10个传感器的传感网络进行实验研究。理论和实验研究表明，通过改变环形网络中传感器的安放位置与布设数量，对网络的传感特性进行优化，可以提高传感系统的复用能力。此结构可嵌入智能结构中，用于准分布应变或温度的测量。     

高精度准分布式光纤光栅传感系统的研究

利用一个经过温度补偿封装的长周期光纤光栅解调系统中所有测量点的传感光栅的波长漂移,实现了实时、高效解调的准分布式测量.理论研究表明该系统适用于对温度、应变等参量的多布点准分布式测量.并以温度为例从实验上研究了高精度的准分布式光纤光栅传感系统.通过改善每个测量点的测量精度来提高整体系统的测量精度.利用金属槽对传感光纤布喇格光栅进行增温敏封装,使其温度灵敏系数比普通裸光栅提高了3.6倍,并利用经过温度增敏封装的光栅作为传感元件,在110℃(-50 ℃-60 ℃)的动态范围内实现了精度为0.04- ℃的多布点准分布式温度测量,理论分析与实验结果一致.