一种光纤振动传感器的改进型相位解调方法研究

为消除干涉幅值对分布光纤振动传感系统在相位解调时的影响,提出了一种基于改进型相位生成载波(PGC)调制解调 技术的 Michelson 干涉仪型光纤振动传感解调系统。 其首先对 Michelson 干涉仪光纤振动传感系统的参考光纤上施加一定幅值 和频率的高频载波信号,完成对待测振动信号的高频调制。 而后通过零次谐波、一次谐波载频信号和低通滤波器还原出含有待 测振动信号的正弦项和余弦项。 最后通过对正弦项和余弦项的适当变换并相除解调出不含有干涉幅值的待测信号项。 通过仿 真与实验分析,提出的改进型 PGC 解调方案可以有效消除干涉幅值对解调输出信号产生的失真影响。     

基于虚拟仪器平台的新型分布式光纤传感系统

提出一种可用于探测并定位微弱振动的基于LABVIEW平台的相位敏感光时域反射型(Φ-OTDR)分布式光纤传感系统。该系统中,窄线宽(3.6kHz)、低频率漂移(1MHz/min)的光纤激光器输出的连续光经电光调制器调制成脉冲光,经环行器后从传感光纤的一端输入,并在环形器的另一端通过光电探测器检测传感光纤中的后向瑞利散射光,探测器接收到的信号经过放大后采集到上位机中,使用LABVIEW进行数据处理。当在传感光缆表面或附近有压力或振动导致光纤中瑞利散射光相位发生变化时,由于干涉作用,光相位变化将引起光强度的变化,经过适当的数据处理后可得到压力或振动点的位置。这种传感系统可应用于周界安防、石油管道安全监测、大型结构监测等。     

基于双鉴相器相位解调的光纤干涉型局放超声传感方法

光纤外差干涉传感输出信号频率为百兆赫兹量级,传统软件解调方法采样设备成本高、数据量大、实时性差,制约了该技术在局部放电超声传感的广泛应用。该文提出了一种基于双鉴相器协同工作的相位硬件解调方法,降低了系统采样率、减少了采集数据量、实现了实时解调,相比传统微分-交叉相乘软件解调方法快1 124倍。分析了低频载波幅值和采样精度对测量结果的影响,实现了0.005°的相位最低检测下限。搭建光纤超声传感平台,开展了对比试验,结果表明,该文所提相位解调方法线性拟合度达到0.999,信噪比较传统微分-交叉相乘解调方法高15 dB,检测下限拓展58%,为局部放电超声传感提供了一种高信噪比、低检测下限、实时检测的相位解调方法。     

高精度光纤光栅振动解调系统研究与应用

为实现工程系统中对振动信号的检测,提出了一种基于衍射光栅的光纤布拉格光栅(FBG)振动解调系统。解调系统通过色散成像原理获取传感器反射光谱,由所设计的嵌入式单元进行信号处理,并通过专用的上位机解调软件完成数据处理与分析。将系统封装为解调仪器,能实际应用于振动信号的探测。所设计的系统波长解调范围为1 525～1 570 nm,波长重复性可达±1 pm,分辨率为0.5 pm,可实现8通道复用测量,最高光谱解调速度可达10 kHz。实验结果表明,该FBG振动解调系统能够高精度测量不同频率与幅度的振动信号,最小可探测应变约为0.319με/Hz^1/2,在结构安全监测等领域具有重要的应用前景。     

基于随机数编码的相位敏感光时域反射仪

相位敏感光时域反射仪(Ф-OTDR)的传感距离与空间分辨率相互制约,为进一步提升系统性能,提出了光脉冲随机数 编码方法,分析了基于编码的相干探测 Ф-OTDR 的线性化理论,阐述了随机数编码与解码原理并推导了随机数编码的增益数学 模型。 实验证明,在 1 kHz 脉冲重复频率,与 40 ns 脉冲宽度的条件下,与单脉冲调制的 Ф-OTDR 相比,使用 128 bit 40 ns 脉冲宽 度的随机数编码可将传感距离从 25 km 提升至 50. 26 km,且在接近尾端处还原的振动信号信噪比可达 17. 51 dB,能够较好还原 振动信号。 研究表明随机数编码方法为提升 Ф-OTDR 传感性能提供了有效的解决方案。     

基于改进压缩感知技术的Φ-OTDR系统研究

研究了一种基于改进压缩感知技术的相敏光学时域反射计(phase-sensitive optical time domain reflectometer,Φ-OTDR)系统。对于压缩感知技术,信号稀疏度K直接影响信号恢复的质量。为了提高信号恢复的质量,应该获得更接近原始信号的真实稀疏性度K。因此,提出了一种基于硬阈值的信号稀疏度K的计算方法,同时,采用结合收缩阈值的重构方法,尽可能保留信号的有效成分。实验结果表明,振动频率为1 kHz的正弦振动信号在5.6 km的距离处被成功地重建。与常用的硬阈值压缩传感技术、移动平均去噪技术和Sym8小波去噪技术相比,所提出的压缩感知技术的信噪比分别提高了3.55、13.2和8.02 dB。     

一种低成本解调系统的双光栅电压传感器

设计了一种由2×2和3×3耦合器构成的M-Z干涉仪,并成功应用到所设计的光纤光栅电压传感器解调中。与其他电子式、光学电压传感器相比较,基于2×2和3×3耦合器构成的M-Z干涉仪解调的光纤光栅电压传感器系统结构简单、价格优廉。此系统通过2根不同波长的光纤光栅分别对温度和电压进行测量。测量结果表明,此系统在50 V到450 V之间线性度比较好,消除了光纤光栅温度交叉敏感的问题,使得测量的结果更加准确,能够满足电力系统测量的要求。     

分布式光纤传感技术在电力 系统中的应用分析

本文利用Φ-OTDR原理,研制一种基于瑞利散射的分布式光纤监测成套装置,可有效区分光纤周围的振动事件,对妨碍光缆正常运行的外破风险提前报警、事前干预,从而降低光缆意外中断的概率,提高电网本质安全水平。     

基于LabVIEW的FBG应变解调信号数据采集与处理方法

为了简化光纤布拉格光栅应变测试解调,提出了基于LabVIEW的应变测试系统数据采集软件的构架框架和流程以及数据分析处理软件的流程.首先介绍了光纤布拉格光栅传感器的测试原理,其次结合实际测量情况确定了基于三步移相解调算法的光纤布拉格光栅波长解调方案,对具有周期性的相位进行相位解包,得到实际与应变成线性关系的相位值,最终解算出应变量.最后,采用悬臂梁与电阻应变仪试验进行验证.     

基于Φ-OTDR分布式光纤传感系统的电缆防开挖分析

本文以陆地电缆为研究对象,利用Φ-OTDR分布式光纤传感系统建立陆缆防开挖数据模型,并应用于实际现场试验,验证了建模的正确性以及定位的准确性。在Φ-OTDR分布式光纤传感系统上建立陆缆防破坏综合系统。本文研究内容可以为陆地电缆防开挖提供技术支持,减少陆缆被人为破坏的可能性,保护用电线路安全。     

光纤振动传感器的信号检测电路设计

基于干涉仪的相位调制型光纤传感器具有极高的灵敏度,其中探测微弱光信号的光电信号检测电路起着重要的作用。针对光纤振动传感器系统,分析了PIN光电二极管前放电路和典型跨阻抗PIN-FET的组件电路,为减小前放I/V变换电路中跨阻阻值很大而带来的热噪声,设计了T型电阻网络。利用结构简单、性价比高的PIN光电二极管的前放检测和滤波器电路,对Sagnac干涉仪的输出的光信号进行了检测。实验表明该电路有效地降低了输出光电流噪声的均方值,其性能可靠,完全满足振动传感器的实际应用的测量要求。     

FP型传感器局放声测系统的仿真研究

为在线测量变压器油中局部放电产生的超声波,建立了非本征型光纤法珀(FP)传感系统,传感器的传感单元FP腔由石英膜和尾纤端面组成,声波作用于石英膜上产生振动调制入射光波,通过解调含有局放信息的输出信号,可对变压器运行状态进行在线检测。针对FP传感器加工工艺要求高且工业上难以实现的问题,建立了光纤光栅解调系统,该系统具有全介质结构和抗电磁干扰特性。系统仿真和计算结果表明,增加石英膜半径和FP腔的端面反射率,可提高系统灵敏度;通过选择合适的FBG,可得到理想的系统传递函数。     

基于伯格算法的双马赫-曾德干涉光纤传感系统

针对双马赫-曾德干涉型光纤振动传感系统定位误差较大的问题,提出了一种基于伯格算法的振动定位方法。 利用频 谱分析法比较伯格算法与快速傅里叶变换算法在不同频数下的能量特征,通过能量比计算确定最优频数,并进行伯格算法最优 阶数的选值分析。 在最优频数与最优阶数条件下提取特征数据帧,通过互相关计算获取双路振动信号之间的时延,进而获得振 动位置。 在双马赫-曾德干涉光纤振动传感系统中,开展了振动定位实验研究。 实验结果表明,在 2. 2 km 的传感光纤上,本方 法能顺利提取出振动信号频率的特征数据帧,且振动定位绝对误差为 7. 3 m,为提升双马赫-曾德干涉光纤传感系统定位精度提 供了新方法。     

油井远程监控的系统研究

本文介绍了一种基于Mach-Zehnder光纤干涉仪原理的油井远程监控系统。该系统可以实时检测油井周围有无异常情况的发生。本文分析了该技术的工作原理,讨论了在振动信号作用下光纤中传播的光波相位变化关系。为了对周围采集来的振动信号做实时处理,设计了一种基于DSP系统的数据采集处理系统,该系统具有抗干扰能力好、实时性强、可靠性高、功耗低等优点。     

基于CompactRIO的光纤布拉格光栅解调系统

波长解调技术是光纤布拉格光栅传感器实用化面临的关键技术,提出并实现了一种基于可调谐Fabry-Perot滤波器的FBG解调系统。该系统通过NICompactRIO平台控制D/A输出信号作为可调谐滤波器的扫描信号,同时对布拉格光栅的反射波峰进行采样与处理,通过标准具和参考光栅对Fabry-Perot滤波器进行标定。实验表明,该解调系统扫描带宽50nm,在50Hz扫描频率内,可以得到稳定测量信号。     

融合自适应滤波和归一化PGC-Arctan的激光干涉测振信号解调算法研究

针对正弦相位调制激光干涉仪测振信号的解调,本文提出一种融合自适应滤波和归一化PGC-Arctan的解调方法。该方法在传统PGC-Arctan算法的基础上,通过准确识别载波相位延迟和相位调制深度对正交干涉信号对进行归一化处理,从而减小相位解调的非线性误差,同时引入基于最小均方算法的自适应滤波器对解调信号进行滤波降噪,进一步提高信号的SNDR（信噪失真比）。通过数值仿真和实验测试验证了算法的有效性,在实验室条件下,对频率为100Hz-3KHz声波激励的固体表面微振动进行了探测和解调。结果表明本文所述方法能够实现振动信号的精确解调,经自适应滤波后解调信号的SNDR平均提升了12dB。 关键词：激光测振;归一化;PGC-Arctan; 自适应滤波     

基于FBG的输电线路微风振动在线监测方法

输电线路导线和地线振动往往造成线路断股断线、金具脱离等危害,现有的导线微风振动监测装置采用互感取电方式供电,而地线监测装置采用电池供电,使用寿命较短,且易受电磁干扰、雷击电流的影响。针对这些问题,开发了基于光纤光栅（fiber Bragg grating,FBG）传感器的输电线路微风振动在线监测系统,系统采用悬臂梁结构的光纤光栅传感器测量地线振动时反射光的波长变化,并通过OPGW/OPPC将光信号发送至变电站的光纤光栅解调仪,再通过安装在变电站的状态监测装置计算出导地线的动弯应变、振动幅值以及振动频率。系统可以实现地线微风振动的无源测量,不再存在电源供电的问题。此外,结合光纤光栅传感器抗电磁干扰、精度高的特点,提高了系统的稳定性和可靠性。     

闪电VHF辐射相位干涉测向系统的数字化实现

VHF相位干涉仪在辐射信号探测方面有着广泛地应用,介绍了基于FPGA的VHF相位干涉测向系统,用于高速闪电波形数据的采集与测向,本系统采用数字复解调技术取代传统的模拟方式实现的VHF相位干涉仪,极大提高了系统的运算精度和抗噪声性能,并且可以实时改变接收频点。详细讨论了数字复解调技术的原理以及在FPGA上的实现,最后给出了测试结果,验证了系统的性能。     

基于光谱法的法珀压力传感器腔长解调方法研究

针对白光干涉复合式光纤法珀压力传感器反射光谱复杂,其准确解调易受光源光谱不稳定与电路噪声等因素影响的问题,通过理论分析,确认了反射光谱包络信号来源于传感器对压力敏感的空气腔,其频率上的周期直接正比于腔长,提取了复合式光纤法珀压力传感器反射光谱的包络信号,通过正弦频率估计的方法,优化四参数正弦拟合为三参数正弦拟合,降低正弦拟合的计算量,并准确寻找包络信号两个峰的峰值位置,通过腔长与信号周期的关系可最终得到准确的腔长值。对该解调算法进行了详细地理论分析与数值仿真,通过实验验证了光谱法中峰值检测方法对复合式光纤法珀压力传感器80 μm空气腔静态腔长的精确解调,相对误差为0.13%。     

基于模间干涉的全光纤电压传感器设计

介绍了一种新型的光纤电压传感器结构和工作原理,分析了系统中椭圆芯双模光纤的传输模式和模间相干光斑的变化,采用熔接的方式进行相干光接收来获得正交相位漂移信号,根据模间群折射率差与光程差的关系设计调整光纤的长度,依据石英晶体和空气的绝缘强度进行传感光纤匝数设计,讨论了含源零差探测法的相位跟踪原理,给出了相位检测框架图及实验结果,分析表明该设计方案能达到相位跟踪的目的。