基于非对称3×3耦合器的光纤相位解调研究

为了解决3×3耦合器相位解调中,输出的3路信号分光比不均匀和相位差不能严格满足120°的非对称问题,采用了一种新型的3×3耦合器解调方案,并进行了理论分析和实验验证。利用均值算法对输出的任意两路信号分别进行预处理,压缩原始3路输出信号之间的功率与相位的偏差,使经过矫正后新的3路信号近似为对称状态输出。根据仿真与实验的结果,分析了耦合器输出的对称性条件和新型解调方案的抗噪声能力。结果表明,该新型解调方案可以有效矫正3×3耦合器3路输出信号的非对称性,新方案的噪声水平约为10-4mW,信噪比约为50dB, 与传统的解调方案相比,可以得到准确度与信噪比更高的待测信号。这一结果对光纤相位解调领域有很好的指导作用,加速了光纤传感技术的实用化进程。     

光纤水听器时分复用系统通过3×3耦合器信号解调的一种新算法

提出了在光纤水听器时分复用系统中采用3×3耦合器解调信号的一种新算法。在该方案中,光纤水听器仍为2×2耦合器结构,3×3耦合器作为匹配干涉仪,利用其三路输出的线性组合和数字反正切技术实现信号解调,解调中使用的参数通过奇异值分解和椭圆拟合得到。该方案不需要载波调制,可实现光纤水听器近似等臂干涉,有利于抑制系统相位噪声。算法的运算量小且适用于一般的非对称3×3耦合器,解调的动态范围很大。最终利用该方案实现了两路光纤水听器时分复用的实验系统,在1 kHz时,系统的噪声本底为31μrad/Hz,动态范围超过125 dB,串扰小于64 dB。     

光纤干涉信号的3×3耦合器解调及偏振衰落分析

建立了基于3×3耦合器的光纤Mach-Zehnder(MZ)干涉型传感系统.在对3×3耦合器信号解调方案进行了推导和分析后,对干涉信号中偏振衰落现象进行了理论分析和实验研究,并指出了它对3×3耦合器信号解调方案的影响.针对偏振衰落现象的特点,提出了消除这一问题的方案,实现了干涉仪信号的无偏振衰落输出.     

基于3×3耦合器的光纤水听器时分复用系统的光强补偿方法

提出一种在光纤水听器时分复用系统中以3×3耦合器作为匹配干涉仪的光强补偿方案,光纤水听器仍为2×2耦合器结构。该方案以时分复用中的非干涉脉冲作参考光强,通过对3×3耦合器两路输出进行简单数学运算并结合数字反正切技术实现信号解调,光强波动和耦合器分光比变化导致的信号畸变得到有效抑制。算法不需要载波调制,可实现光纤水听器近似等臂干涉,有利于降低系统相位噪声。算法的运算量小且适用于一般的非对称3×3耦合器,解调动态范围大。利用该方案实现了8路光纤水听器时分复用实验系统,在光功率变化约10%时,光强补偿方法可将总谐波失真平均值降低30dB,系统噪声本底在信号频率为1kHz时小于30μrad/Hz1/2。     

基于3×3耦合器的光纤陀螺信号解调算法

采用3×3耦合器构成非互易结构的开环光纤陀螺,具有灵敏度高、测量范围大等优点.信号检测在光纤陀螺系统中占有非常重要的地位,其解调精度的大小直接影响光纤陀螺的分辨率.根据使用3×3耦合器的开环光纤陀螺输出信号模型的特点,采用一种新的信号解调算法,可以准确解调任意动态范围的输入,克服在工作点附近灵敏度低的缺点,改善被测信号的精度.实验结果表明,算法能快速、准确解调被测物理量.     

基于线型腔拉曼光纤激光器的长距离光纤布拉格光栅传感

提出了一种基于线型腔拉曼光纤激光器的长距离分布式光纤布拉格光栅(FBG)传感解调系统,并进行了理论分析和实验验证。传感光纤布拉格光栅构成拉曼光纤激光器腔镜的一端,受一维调节器调节控制的匹配光纤布拉格光栅构成腔镜的另一端。一维调节器与步进电机相连,步进电机由计算机(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光纤布拉格光栅的周期来控制激光器的输出。实验结果表明,传感解调系统能很好地实现长距离分布式传感及传感信号的检测。30 km非归零色散位移光纤(NZDSF)用于拉曼增益可以产生信噪比大于40 dB的稳定拉曼激光输出,在4.2 nm范围内系统解调精度为0.05 nm。     

基于33耦合器相位解调的光纤声音传感器设计

为了在某些应急情况下无源传输声音信号,采用基于光纤迈克尔逊干涉仪原理光纤声音传感的方法结合了收音弹性盘片和光纤粘接的工艺设计,使用33耦合器相位解调方法对传感信号进行相位解调,实现了一种新型光纤声音传感器系统。给出了干涉仪3路输出信号相位差的表达式,利用最小二乘法拟合求出干涉仪3路输出信号的平均相位差,取得了仿真与实际测试数据。经过测试,该系统可以准确有效地还原出设计带宽内的声音信号。结果表明,该光纤声音传感器系统适用于电磁恶劣等应急环境中,验证了该设计方案的可行性。     

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。     

基于3×3耦合器的纳米级位移测量方法研究

提出了一种基于3×3耦合器的小型化单光栅纳米位移测量方法。基于激光多普勒效应与光纤耦合器散射矩阵理论,首次将3×3耦合器与计量光栅相结合,设计了一种对称式光路结构,利用所提出的新型相位解调算法实现纳米级精度的位移测量。方法具有结构简单、调节方便、对波长变化不敏感和能有效抑制空气扰动等特点,从而使得系统具有良好的稳定性。实验结果显示,3×3耦合器三路输出信号两-两产生的李萨育图形平滑清晰,相位差保持在120°左右,说明本方法具有较好的测量稳定性。数值仿真与理论分析具有较好的一致性,在同时存在相位和幅值误差的情况下可以实现8nm的测量精度。     

基于3×3耦合器的马赫-曾德尔干涉仪的光纤光栅波长解调技术

介绍了一种基于3×3和2×2光纤耦合器构成的非平衡马赫-曾德尔干涉仪的波长解调方案。理论分析和数据对比表明,相对于由两个2×2光纤耦合器构成的马赫-曾德尔干涉仪,本干涉仪具有宽谱的灵敏度、能跟踪波长的变化方向和相位展开的优点。实验方案用于测量固定在悬臂梁上的传感光纤布拉格光栅(FBG)的峰值波长变化,获得了±1 pm的静态波长解调精度,在10 Hz处的动态分辨率为27 n/εHz。相位展开算法使得应变测量范围达到了2014με,对应的相位变化为3.22π。     

光纤光栅传感信号边缘滤波解调技术研究进展

对光纤光栅传感信号的边缘滤波解调技术进行了综述,按不同的滤波器归类:体滤波器、光纤波分复用(WDM)耦合器、阵列波导光栅(AWG)、长周期光纤光栅、非对称F-P滤波器和放大自发辐射(ASE)光源。介绍了各自的工作原理和特点,给出了原理图,并对其优缺点进行了比较分析,最后,对光纤光栅传感信号的边缘滤波解调方法的发展进行了展望。     

光纤光栅传感信号边缘滤波解调技术研究进展北大核心CSCD

对光纤光栅传感信号的边缘滤波解调技术进行了综述,按不同的滤波器归类:体滤波器、光纤波分复用(WDM)耦合器、阵列波导光栅(AWG)、长周期光纤光栅、非对称F-P滤波器和放大自发辐射(ASE)光源。介绍了各自的工作原理和特点,给出了原理图,并对其优缺点进行了比较分析,最后,对光纤光栅传感信号的边缘滤波解调方法的发展进行了展望。     

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。     

光纤干涉信号的3×3耦合器解调及偏振衰落分析

建立了基于3×3耦合器的光纤Mach-Zehnder（MZ）干涉型传感系统。在对3×3耦合器信号解调方案进行了推导和分析后,对干涉信号中偏振衰落现象进行了理论分析和实验研究,并指出了它对3×3耦合器信号解调方案的影响。针对偏振衰落现象的特点,提出了消除这一问题的方案,实现了干涉仪信号的无偏振衰落输出。     

基于F-P滤波器的光纤光栅解调系统的优化设计

为了提高基于法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)滤波器的光纤光栅波长解调系统的性能,提出了一种采用新型光纤梳状滤波器作为参考波长装置的解调方案.新型光纤梳状滤波器由两个啁啾光栅和一个光耦合器组成,与传统的参考光栅相比可以为解调系统提供更多的参考点.优化后的解调系统重复性好,运行更稳定、精确.     

基于DSP的光纤光栅解调系统的设计

阐述了利用匹配光纤光栅闭环跟踪测量传感光纤光栅布拉格波长的方法．给出了基于高速数字信号处理器（DSP）的光纤光栅波长解调系统的实现方案,该方案利用一种特殊结构的悬臂梁和两个并联二次反射匹配解调光栅的方法来实现光纤布拉格光栅（FBG）传感器的高精度大范围应变传感解调,并通过特殊悬臂梁提高了解调光栅的敏感度;同时利用并联方式并选择两个合适的匹配光栅中心波长来增大可检测的应变范围,同时解决了双值问题。     

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.     

光纤光栅传感器信号解调方法的研究

分别介绍了几种典型解调方法的工作原理、性能和特点,给出了其工作原理图,并对各种解调方法的优缺点进行了论述.提出了一种基于CCD的光纤光栅传感解调系统,该系统采用反射式成像系统,用CCD作为探测器,并利用可编程逻辑器件FPGA设计驱动电路和信号处理电路,实现了一种体积小、结构简单、解调速度快、可以实时测量的波长解调系统,为光纤光栅解调技术的实际应用和光纤光栅传感解调系统的设计提供了理论依据.     

光纤光栅传感系统信号解调技术的研究

光纤光栅传感是光纤光栅的重要应用之一,波长信号的解调是实现光纤光栅传感网络的关键。介绍了布喇格光纤光栅(FBG)传感的基本原理,对比FBG说明了长周期光纤光栅(LPG)的特点。阐述了基于长周期光栅的布喇格光纤光栅的解调技术,详细阐述了用长周期光纤光栅来解调布喇格光纤光栅的具体方案及技术。     

光纤布拉格光栅传感系统信号解调技术研究

光纤光栅传感是光纤光栅的重要应用之一,波长编码信号解调足实现光纤光栅分布式传感网络的关键,介绍了光纤光栅传感的基本原理,分类评述了几种常用解调方法的工作原理、特点和性能,并分别给出了其典型的实验原理图,为光纤光栅传感技术的发展及其信号解调设计提供了依据。