心轴式干涉型光纤加速度传感器相位灵敏度特性分析

本文建立了新的等效模型,对心轴式干涉型光纤加速度传感器的相位灵敏度特性进行了理论分析,与用文献「１」的分析方法相比,在理论上更为合理,由于更逼近真实情况,因此分析计算结果与实验值具有更好的吻合性。     

干涉型光纤加速度传感器综合指标的分析与设计

分析了心轴式光纤加速度传感器的相位灵敏度、频率范围与系统结构参数的联系，以及相位灵敏度与频率范围相互之间的制约关系。为了描述这类加速度计的综合指标对结构参数的依赖关系，特别引入了一个重要参数——指标容量。分析研究所得到的结论，对这类加速度计的设计、分析与评价具有参考价值。     

基于载波调制的光纤振动传感复用系统

提出了一种基于载波调制的光纤振动传感复用系统,其优点在于,对于感应外界扰动的不同感应光纤单元产生的干涉信号用不同频率的载波进行调制,相邻载波频率之间的频率差无需大于外界扰动引起的信号基波频率上限的两倍。各光纤感应单元形成的信号被共同的光电探测器检测后,利用信号基波来分析扰动信号的物理量,利用载波基波或谐波的边带判断感应扰动信号的光纤。     

干涉型光纤水听器PGC数字式零差解调系统的开发

相位生成载波的零差解调技术被频繁用于干涉型光纤水听器的信号解调.然而由于模拟电路的电子元件间存在阻抗不匹配、过载等问题,因此解调系统不能达到最佳性能.为了克服上述问题,在LabVIEW平台下开发了PGC数字零差解调系统,并进行计算机仿真.结果表明,PGC数字零差解调系统具有很好的稳定性和实际可行性.     

基于参数估计的光纤水听器解调系统研究

研究并实现了可工程应用的光纤水听器解调系统,采用相除查找表的PGC解调方案和逐步参数估计的参数提取方法.从理论上详细阐述了参数提取方法原理,并从实验上分析了该方法的稳定性和有效性.实验测试表明1倍频/2倍频相位延迟的提取精度优于5％.光强、伴生调幅和角度修正因子的估算精度分别达到0.5％,2.5％和5％,能够满足实际工程应用要求.所研制的光纤水听器解调系统解调结果谐波分量较少,失真小.相比于标准压电水昕器系统,具有很好的线性度.解调系统噪声本底达到- 90 dB/Hz@ 100 Hz和- 95 dB/Hz@1 kHz.10 h连续测试,SINAD方差小于1 dB,THD方差约为2 dB,表明系统具有较好的稳定性.上述技术指标,达到了目前工程应用要求.     

干涉型光纤水听器PGC零差解调技术研究与实现

通过严密的数学推导,对直接调制光源产生相位载波的马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉型光纤水听器调制解调技术进行了研究。在这一思想的指导下完成了相位载波(PGC)检测电路的硬件设计,给出了实验结果。     

基于LabVIEW的PGC零差检测技术研究

相位生成载波(PGC)调制和解调技术是干涉型光纤传感器领域非常重要的信号处理技术。简要说明了相位生成载波的调制和解调原理,结合具体的公式推导过程对PGC-DCM解调算法和PGC-Arctan解调算法进行了详细的理论分析。利用LabVIEW软件编写了两种PGC解调过程的仿真程序,实现了对被测信号的解调。对比分析了两种解调结果,对PGC解调中的一些关键参数进行了讨论。该研究结果对于光纤干涉传感器的相位解调技术的改进具有参考价值。     

基于几何反弹簧结构的高分辨率MEMS加速度计北大核心CSCD

为了提高MEMS加速度计分辨率和灵敏度,提出并设计了一种基于几何反弹簧原理的新型MEMS加速度计结构。拟采用静电力将加速度计静态工作点设置在梁低刚度位置来提高灵敏度。首先通过理论计算和有限元仿真,分析了几何反弹簧结构实现准零刚度的原理,并优化了关键几何参数;其次基于免划片SOI工艺完成了MEMS芯片制作;最后搭建了开环测试电路进行测试验证。测试结果表明:施加25 V偏置电压后,加速度计灵敏度从46.3 mV/g提高至51.1 mV/g,线性度为0.99%。验证了静电偏置几何反弹簧结构通过降低刚度系数来提高加速度计的灵敏度的可行性。     

空间差分干涉的光纤分布式水下声波测量

为了实现大范围的水下微弱声波探测,提出了一种基于后向瑞利散射空间差分干涉的光纤分布式声波检测(DAS)技术。声波振动引起单模传感光纤中后向瑞利散射光的变化,将含有声波信息的后向瑞利散射光注入到非平衡迈克尔逊干涉仪,调节干涉仪的臂长差实现不同长度的相邻空间段的后向瑞利散射光干涉,然后采用3×3耦合器解调技术解调出相位信息,实现声波信号的测量。实验搭建了一套基于DAS技术的水下声波测量系统,该系统不仅能够实时准确定位两个声波位置,还能还原声波的幅值、频率、相位等信息,并且实现了1kHz情况下的-148.8dB(re rad/μPa)水下声压相位灵敏度,100~1 500Hz频率的频响平坦度在1.2dB之内。实验结果证实DAS技术能够实时快速地实现多个声波信息的定量测量。     

基于正弦相位调制的光纤干涉位移测量系统研究

针对全光纤干涉仪工作距离短、测量范围小等问题,提出了一种基于正弦相位调制的全光纤干涉系统,在参考臂通过电光调制器引入的调制参考光,与探头接收到的目标反射光产生干涉。根据锁相放大原理从干涉信号中提取出正交分量后,首先建立由正交分量构成的观测模型,通过卡尔曼滤波对正交分量的幅值和偏置进行迭代估计和修正,降低由相位延迟、调制深度漂移、寄生干扰等导致的幅值漂移和附加偏置;然后利用反正切法对反射光与参考光之间的相位差进行解调。开展了模拟干涉信号的相位解算仿真模拟和位移测量实验。仿真和实验验证了该算法解算相位的有效性。结果表明,该位移测量系统的工作距离可达到20 cm,测量精度为10 nm。     

采用相位调制方法的光纤干涉仪

为了实现小巧紧凑且使用灵活的大量程位移测量,提出了一种采用相位调制方法的光纤干涉仪。首先,介绍相位调制方法,分析内调制与外调制的特点,指出由于内调制的局限性,外调制更适于较大量程的位移测量。然后,用数学推导和MATLAB仿真对已有的位移解算算法中的反正切法与微分交叉相乘法进行分析,证明在毫米级量程的位移测量中反正切法优于微分交叉相乘法。最后,搭建了采用相位调制方法的光纤干涉仪,并进行了实验验证。实验结果表明:相比于微分交叉相乘法,反正切法更适用于毫米级以上量程的位移测量,基于相位调制的光纤干涉仪在毫米级步进运动中的相对误差最大为255.21nm,标准差为78.56nm,基本满足高精度大量程的位移测量需求。     

基于转动支承梁式的光纤光栅低频加速度传感器

为了实现低频振动的高灵敏度测量,设计了一种基于转动支撑梁的新型光纤布拉格光栅加速度计.通过分析其振动模型和MATLAB数值计算,优化了传感器的结构参数,设计传感器理论灵敏度为1 725 pm/g,固有频率为68.4 Hz.同时通过COMSOL模拟分析传感器的动态特性,其模拟结果与理论分析吻合.频响特性和幅值特性实验结果...     

基于柔性盘技术的光纤加速度计研究

研究了一种利用惯性力测量加速度的全光纤加速度计,并分析推导出加速度变化对柔性盘应变的响应公式。在较宽的工作频谱范围(0～5kHz)内,实验结果与理论推导结果具有较好的一致性。这种光纤加速度计具有灵敏度高,质量轻的优点,采用相位跟踪零差检测技术可以实现加速度信号的高精度检测。     

光纤磁流体电磁场传感新方法研究

摘要：以磁流体纳米功能材料为腔内介质,提出一种新型的光纤F-P电磁场传感器,并给出了基于光纤光栅波长扫描的信号解调方法。对磁流体的可控折射率特性及其对电磁场测量原理进行了充分的分析,介绍了传感器系统的结构和原理。对所提出的方法以及影响测量结果的因素进行了初步的实验,结果表明,测量特性具有较好的线性度,且得出温度和磁流体薄膜厚度都会对测量结果有影响的结论。     

基于机器视觉的光纤连接插芯内径测量系统

为了实现针对光纤连接插芯内径参数的精密和快速测量,首先采用了机器视觉方案,通过显微镜把内孔图像成像在高分辨率的CCD上,并获取图像,然后通过图像处理方法,计算出了光纤连接插芯的内径大小和真圆度,最后通过合理设计相应的硬件和软件,实现了光纤连接插芯内径参数的快速非接触式自动测量;同时提出了一种确定图像边缘的新方法,消除了光强变化对阈值设定产生的干扰,并对所采用的参数检测算法进行了阐述。实验结果表明,整个自动测量系统的测量精度达到了亚微米级,且具备抗光强变化干扰的性能。     

光纤光栅内锥式流量计的研究

光纤光栅传感技术具有光纤传感技术的所有优点,内锥式流量传感器具有量程比大,压损较小,耐高温高压,要求前后直管段长度小的特点。将光纤光栅和内锥流量传感器结合组成了新型的光纤光栅内锥式流量计,介绍了光纤光栅和内锥式流量传感器的工作原理,光纤光栅内锥式流量计的组成。实验数据和结论。     

基于双直角棱镜的光纤光度传感器

设计了一个结构紧凑、灵敏度可调的双直角棱镜反射室,并结合光纤传感技术用于溶液光度分析,通过测量吸光度确定水中痕量物质的浓度和消光系数.带尾纤的自聚焦准直透镜发射的检测光束在反射室内往返4次,最后由接收光纤接收.论述了光度传感器的检测原理及棱镜反射室的设计方法,分析给出了棱镜室中光束的传输特性方程,以及单波长法测浓度和消光系数的测量方程,并通过实验进行了研究.结果表明,通过改变两棱镜底面间距,可调节光程,进而改变传感器灵敏度;该光度传感器的灵敏度为普通单程吸收池灵敏度的4倍,更加适合痕量物质的检测.     

高低温环境对三轴高 g 值加速度传感器灵敏度变化影响研究

针对高低温环境对高 g 值加速度传感器灵敏度影响机理不清的问题,通过建立两端固支的敏感单元数学模型,得到了传感器灵敏度与敏感单元纵向应力、横向应力的关系。 通过热-力耦合仿真分析得到了传感器灵敏度与温度间的关系,在-40℃ ~ 50℃范围内,传感器灵敏度随温度的增加而减小,且在-40℃ ~ 20℃ 范围内灵敏度变化较快,在 20℃ ~ 50℃ 范围内灵敏度变化较慢。 通过传感器高低温试验得到高低温环境下传感器灵敏度数据,-40℃条件下灵敏度大小为 0. 523 μV/ g;50℃ 条件下灵敏度大小为 0. 516 μV/ g。 与仿真结果进行对比,验证了温度变化对传感器灵敏度的影响规律,为提升高 g 值加速度传感器在高低温环境下测量精度具有理论参考意义。     

光纤溶解氧在线测量仪表的设计

为提高溶解氧在线测量仪表的精度、稳定性、可靠性,采用ARM7微处理器,设计了基于荧光法的光纤溶解氧在线测量仪表,介绍了该在线测量仪表的硬件系统和软件系统。该仪表可实现溶解氧信号的连续精确检测,并可在LCD显示器上显示测量值。试验证明,该测量系统具有良好的稳定性、抗干扰能力,有较高的实际应用价值。