铜片封装光纤光栅传感器的应变和温度传感特性研究

提出了一种光纤光栅的铜片封装工艺,并通过实验和理论分析研究了光纤光栅的应变和温度传感特性.与裸光纤光栅的测试结果相比,铜片封装工艺基本不改变光纤光栅应变传感的灵敏度,但是温度灵敏度系数提高了2.78倍.经过铜片封装后的光纤光栅可以探测到的应变和温度分别为1με和0.03℃,便于工程应用.

干涉型光纤传感器相位生成载波技术研究与改进

对干涉型光纤传感器的相位生成载波解调技术进行了研究.对PGC算法进行了数学推导和仿真计算,对数字低通滤波器进行了详细分析,给出了其影响PGC解调性能的原因及数字滤波器的设计方法.讨论了传感器干涉光强对PGC算法输出结果的影响,提出了改进的PGC算法,该算法可以有效的实现自动增益控制,消除干涉光强漂移对解调的影响,并大大减小由干涉光强引入的系统噪音;还可以在有限阶数低通滤波器的情况下,极大的增加系统可解调的大信号幅度,提高系统动态范围12dB以上.

光纤光栅传感器在航空航天复合材料/结构健康监测中的应用

本文简要概述了光纤光栅传感器的特点及航空航天复合材料的类型,详细介绍了光纤光栅在航空航天复合材料/结构健康监测中的应用和发展状况;指出目前存在的问题,并探讨了相应的对策;展望了基于该类传感器的健康监测技术在航空航天领域的应用前景。

光纤光栅生物传感器的研究进展综述

本文介绍了光纤光栅生物传感器的传感原理,从光纤光栅新型结构的研究、可固定光纤表面的生物活性膜的研究以及应用研究三个不同的角度阐述了近年来光纤光栅生物传感器研究的进展情况,并分析目前该领域内面临的一些问题,对光纤光栅生物传感器的研究方向提出了一些建议。

光纤周界探测技术原理及研究现状

户外周界入侵探测器是用于户外大面积边界监测的探测器,近年来它受到广泛的注意和市场的重视。目前市场上的这类产品主要基于电缆或微波技术,而随着分布式光纤传感技术的发展,已有多种类型的光纤传感器应用于周界探测。这些光纤探测器有基于光时域反射(OTDR)技术的,有基于干涉仪技术的,还有很多新兴的技术。光纤周界探测器在发展历史上有两个阶段,第一个阶段的探测器只能判断事件的发生与否和类型,第二个阶段的探测器不仅能判断事件类型,还能对事件进行定位。这里对两种类型的光纤周界探测器分别加以介绍,对各种可行性方案的原理及优缺点进行了论述。

芯轴型光纤水听器频率特性研究

提出了一种带空气腔芯轴型光纤水听器的结构模型,并对其频率特性作出研究.通过对带空气腔芯轴型光纤水听器的基本原理和结构进行分析,得出光纤与弹性筒作用的相互关系;通过建立动力学等效模型,得出带空气腔芯轴型光纤水听器频率特性的理论模型.通过对各个参量进行分析,指出芯轴型光纤水听器频率特性的主要制约因素与改善方法.根据提出的结构,在一定参量下的制作出探头,经过试验测试,其3dB带宽达到了30kHz左右,验证了提出的模型理论.

压差式矢量水听器驻波场校准实验研究

压差式矢量水听器的校准一直是国内尚未解决的难题,针对此问题设计了一种基于光纤传感的压差式矢量水听器,对其传感原理进行了理论分析,为其设计了驻波场校准方案,对驻波场校准此类压差式矢量水听器进行了理论分析和计算机仿真,最后对此压差式矢量水听器进行了声压灵敏度和方向性的测试,实验结果与理论分析和计算机仿真比较吻合.这些研究对压差式矢量水听器的应用具有重要的意义.

芯轴型光纤水听器声压相移灵敏度响应分析

提出了一种带空气腔芯轴型光纤水听器的结构模型,并对其声压相移灵敏度的响应特性进行了研究.通过对空气腔芯轴型光纤水听器的基本原理和结构进行分析,得出光纤与弹性筒作用的相互关系;建立了动力学等效模型,得出带空气腔芯轴型光纤水听器声压相移灵敏度表达式以及频率特性的理论模型;利用有限元方法,得到芯轴型光纤水听器的响应模型.根据提出的结构和确定的参量制作出相应的探头,经过试验测试,其3dB带宽约为30kHz,测试结果验证了提出的理论模型与有限元模型的正确性.

带空气腔芯轴型光纤水听器特性研究

对带空气腔芯轴型光纤水听器进行了研究和试验验证.分别建立了二维和三维模型对水听器性能进行分析,给出了两种模型下的水听器相移灵敏度计算公式;小批量制作了22个该结构的水听器并进行了测试.试验数据与模型计算结果十分吻合.结果表明,三维模型计算结果比二维模型更为准确,频带内均方根偏差大部分都小于0.3(dB.re.rad)/μPa.试验采用的水听器相移灵敏度为-153(dB.re.rad)/μPa,其归一化相移灵敏度达到-308(dB.re.1)/μPa.同时,该模型可以更好地根据实际需要来设计不同尺寸和性能的水听器结构.

钛合金片封装光纤光栅传感器的应变和温度传感特性研究

提出了一种光纤光栅(FBG)的Ti合金片的封装工艺,实验和理论研究了FBG的应变和温度传感特性。与裸FBG的测试结果相比,Ti合金片封装工艺基本不改变FBG应变传感的灵敏度,但是温度灵敏度系数提高了1.76倍。经过Ti合金片封装后的FBG可以探测到1με和0.05℃。

短时傅里叶变换在线性调频信号时频滤波中的应用

将短时傅里叶变换(STFT)的时频分析方法应用到线性调频(LFM)信号的滤波中,突破了传统匹配滤波方法基于平稳假设的限制,将信号分析空间从一维频率域扩展到二维的时间-频率域。利用自滤波的时频滤波方法进行LFM信号的滤波,然后分别采用时域和时频域的均方误差(MSE)标准,分析了时频滤波的性能。仿真结果表明,基于STFT的时频滤波方法能有效实现对LFM信号的滤波。

时相调制信号的S变换和反变换性能分析

将S变换(ST)时频分析方法应用到时相调制(TPM)信号的分析和处理中。ST及其反变换(IST)分别有多种实现算法,这些算法组合的选择对TPM解调系统的性能有重要影响。在介绍ST和IST多种实现算法的基础上,仿真了TPM信号的ST和IST,对比分析了各种算法组合的性能。仿真结果表明:在恢复TPM信号波形方面,fST-fIST组合的性能最优,tST-tIST(mtIST)组合的性能次之,交叉算法组合的性能最差。所得结论为后续的TPM信号滤波和检测过程中ST和IST算法的选择提供了重要依据。

基于S变换的线性调频信号时频滤波

线性调频(LFM)信号是一种典型的非平稳信号。对非平稳信号的分析和处理不能仅依靠传统的基于傅里叶变换的分析方法,必须采用时域和频域联合的时频分析方法。将S变换(ST)的时频分析方法应用到LFM信号的滤波中,用tST-tIST和fST-fIST 2种算法组合分别实现了对LFM信号的滤波,然后采用均方误差(MSE)的衡量标准,仿真对比了以上2种算法组合的滤波性能。仿真结果表明:fST-fIST算法的滤波误差较大,不适合对LFM信号的滤波;tST-tIST算法的滤波性能较好,适合对LFM信号的滤波。

用于实时分析的光谱学方法

针对目前用于实时成分分析的几种光谱学方法 (傅立叶变换红外光谱、傅立叶变换拉曼光谱、近红外光谱 ) ,对这些能够进行实时分析的光谱方法的基本原理和仪器结构进行了说明 ,并以其在石油化工领域中的应用为例 ,比较了各自的特点和使用效果 ,从而得出 ,近红外光谱方法有着适于在线分析应用的独特优点。目前外光谱仪作为用于工业现场的专用在线分析测量系统 。

芯轴干涉型光纤水听器声压灵敏度的正交实验研究

采用L9(34)正交实验的方法,研究了弹性筒与芯轴形成的空气腔的体积、绕制探头时对光纤施加的张力这两个因素对芯轴干涉型光纤水听器声压灵敏度造成的影响。实验结果表明,空气腔体积及光纤张力对声压灵敏度没有实质影响,在光纤与弹性筒充分耦合的前提下可以不予考虑。

基于顺变柱体和膜片复合结构的压差式光纤矢量水听器研究

设计了一种基于顺变柱体和膜片复合结构的矢量光纤水听器。对水听器的传感原理和矢量生成原理进行了理论模型分析,得出了水听器相移灵敏度的数学表达式,讨论了传感器的设计参数,并按照设计参数制作了水听器探头。在国防水声一级计量站做了传感器相移灵敏度频响曲线和"8"字形方向图的测试实验。实验结果表明,当频率为800 Hz时,此种复合结构的水听器相移灵敏度很高,能达到-155 dBre rad/μPa(0 dB=1 rad/μPa),并且实验测试值与理论计算值基本吻合,偏差之处分析其原因主要由于理论模型不够精确和测试装置与固定装置有谐振造成。

芯轴型光纤水听器灵敏度的优化设计

声压相移灵敏度是光纤水听器的重要指标之一,提高灵敏度是光纤水听器设计的基本原则。应用正交设计方法对光纤水听器声压灵敏度指标进行优化设计,提出了一种带空气腔芯轴型光纤水听器的三维声压相移灵敏度理论模型,对其灵敏度特性进行了研究。根据提出的结构,制作了探头。通过试验测试,理论模型符合实际测试结果,并且通过极差分析方法得到各种因素对于光纤水听器灵敏度的影响程度,进而得到了优化设计方案。

芯轴干涉型光纤水听器的声压灵敏度研究

分析了3层结构(封装层、弹性筒、芯轴)的芯轴干涉型光纤水听器声压灵敏度。通过建模和三维的弹性力学分析,结果表明,影响水听器探头声压灵敏度的主要因素为弹性筒的杨氏模量、壁厚、外半径以及传感光纤的长度。而封装层材料的杨氏模量、泊松比、厚度和芯轴对声压灵敏度的影响不大。制作了一批水听器样品,理论分析其声压灵敏度为-150.7dB(rerad/μPa),实测平均值为-151.3dB(rerad/μPa)。实测值范围为-151.9～-150.5dB(rerad/μPa),理论值与实测结果最大相差不超过1.2dB(rerad/μpa)。实验表明,封装前、后的工艺流程对探头的声压灵敏度有一定影响。

井下流体光纤在线光谱分析仪关键技术

利用离散光谱法实现了可应用于井下原油在线成分分析的光纤在线测量系统。给出井下流体的光谱测量的基本原理以及建立还原模型的基本算法。传统的全谱测量方式很难满足井下应用要求,为此提出了波长选择算法以简化传统光谱测量系统设计。该波长选择算法以全光谱数据为基础进行波长筛选,最终选取了11个特征光谱来代替传统的全谱扫描。以测得的吸收谱线为基础进行模型精度实验,实验表明利用离散光谱点建立还原模型和利用全光谱建立的模型具有很好的一致性。采用离散光谱法简化了系统结构,并可应用于井下在线分析。该系统可同时对井下油、气、水进行检测,也能对原油和油基钻井泥浆混合物进行在线测量,测量误差仅为2%。

双光束干涉仪中椭圆拟合估算的参数精度研究

双光束干涉仪的相位调制解调通常会用到椭圆拟合的方法来计算相应的解调参数,提出了一种用于评价这类参数的计算精度的方法。根据自适应的蒙特卡罗法,计算不同噪声水平下椭圆拟合估算的参数的最大偏差;根据实验测得的干涉信号噪声本底的大小,判断拟合的参数的精度。以基于3×3耦合器的光纤水听器的两路输出方案为例,该方案为提高水听器的解调性能,需研究参数的数值随器件性能的变化规律,因此首先要判定实验中通过椭圆拟合所求得的参数的准确性。将该精度评定方法运用在水听器测量实验中,测量的干涉信号在20 Hz^4 k Hz处的噪声本底接近-70 d B·V2/Hz,根据自适应的蒙特卡罗法,得到参数的偏差不超过0.06%和0.08°。