干涉型光纤预警系统入侵信号的调制解调技术

为解决干涉型光纤预警系统因偏振退化而出现的误报漏报以及定位失准的问题,在建立Mach Zehnder干涉系统结构模型的基础上,通过分析入侵信号的调制过程,得到两种调制信号失真现象,并详细推导了该问题的解决方案:基于耦合器的解调算法。为使该方案满足工程应用要求,提出一种参数调校方法消除实际耦合器不均衡引起的解调结果失真,并在Simulink环境下进行仿真分析。结果表明,该解调算法能在耦合器不均衡、出现偏振退化与待解调信号含有高次谐波的条件下准确还原相位信号,对系统工程应用具有指导性意义。

基于光纤声呐传感器混沌锁频方法研究

传统的水下声信号检测方法的不足之处是在滤除噪声的同时,有用信号也受到损失,且随着噪声的增大,检测精度也会降低。针对强噪声背景下水下声呐信号频率解耦问题,采用马赫曾德光纤声呐传感器搜集水下声呐信号,当声呐信号注入混沌系统,利用混沌系统对信号参数的敏感性及对噪声免疫性的特点,一定频率的信号会使系统处于大尺度周期态,信噪比可以达到-65dB,对声呐信号锁频明显。理论计算和实验结果表明,该混沌声呐信号处理方法具有极低的信噪比和较高的频率辨识能力。

基于LMS算法的光纤振动预警系统降噪技术研究

采用干涉光相位调制的光纤振动预警系统灵敏度极高,其信道易受随环境时变加性噪声污染而导致系统漏报误报与定位精度降低。通过建立基于马赫曾德干涉仪的系统结构,分析振动信号在光纤中的调制模型,采用基于LMS算法与HLMS算法的自适应噪声抵消器进行系统信号降噪。经过算法理论推导与Matlab环境仿真,结果表明,该降噪方案能有效还原受时变确定噪声以及随机噪声污染的信号,稳态均方误差值不高于0.1,且算法简单高效,收敛速度快,具有工程应用价值。

双马赫-曾德尔分布式光纤扰动监测系统设计

为解决扰动监测系统定位精度低的问题,基于对光纤马赫-曾德尔干涉的研究,设计了改进型双马赫-曾德尔分布式光纤扰动监测系统。利用双马赫-曾德尔光纤传感系统光程差定位原理,通过互相关算法估算光程差导致的时间差确定扰动点。淹没于高频噪声的扰动信号经自主设计的信号预处理电路,采用低通巴特沃斯滤波器滤除3.3 k Hz以上高频噪声,通过嵌入式采集与处理模块对得到的数据进行平滑滤波,提高了扰动信号的相关性,有效减小了定位误差。通过多次重复测试和数据分析结果表明,系统定位误差约为10 m,可用于扰动实时监测。

基于分布式光纤传感器的管涌监测系统

针对水利工程输水堤坝管涌难以实时监测的问题,结合分布式光纤传感器应变检测灵敏度高及FPGA并行运算快的特点,设计了基于光纤全分布式传感器与FPGA数字解调算法的堤坝管涌实时探测系统。首先利用双Mach-Zehnder干涉组成的光纤全分布式传感应变检测系统感知管涌导致的应变,之后通过计算由应变导致的调制信号到达两光电探测器的时间差确定管涌渗漏点。系统采用频率分选机制在信号调理电路实现信号筛选,评定渗漏程度,由FPGA实现数据采集、滤波、存储及解调,有效缩短了解调时间及定位误差。结果表明,系统可对2公里范围内的管涌渗漏事件进行有效定位报警,定位误差在±8m以内。

利用回波模拟对激光测距精度检验系统的设计

为解决激光测距在实际测量中受外部因素而导致结果不准确的问题,设计了一种回波模拟系统对实测结果进行检验。测距系统向回波系统发射一束窄脉宽激光,PIN(Positive Input Negative)对激光采集和光电转换,将转换完成的电信号发送至FPGA(Field-Programmable Gate Array)中,FPGA通过内置PLL(Phase Locked Loop)对电信号进行15倍频操作和高精度延时。激光驱动部分利用MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)管开关性质产生窄脉冲信号,对激光器进行调制模拟实际测量中的回波激光,最后在测距系统中得出模拟结果。通过对同一距离和不同距离的多次测量结果表明,系统稳定性较高,精度达到0.17 m,误差为0.03 m。

拉曼测温系统的数据采集与处理

为解决拉曼测温系统后端采集速度过慢和噪声的问题,利用FPGA主卡和AD采集子卡设计了一款高速采集系统,来对测量到的温度进行采集和处理。分布式测温系统中的反斯托克斯光对温度变化比较敏感,通过采集该信号来得到温度的变化,但是由于该信号比较微弱,需要进行放大滤波处理。高速采集系统采集频率为100MHz,空间分辨率可达到1m。