光纤法珀传感器的改进型相位生成载波法解调

为解决相位生成载波-反正切解调算法(PGC-Atan)的非线性失真问题,搭建了基于改进型PGC-Atan算法的非本征型法珀传感器(EFPI)解调系统。首先,理论分析了载波相位调制深度(C)偏离最优值、伴生调幅、载波相位延迟等非线性因素对经典PGC-Atan算法中参与反正切运算的正弦与余弦两路信号的影响。然后,针对外调制或伴生调幅较小的情况,提出了一种基于系数补偿的改进型PGC-Atan算法(PGC-CC-Atan)。该算法通过构造与C值和载波相位延迟有关的系数,消除反正切运算中的非线性参数。针对内调制情况,提出了一种基于椭圆拟合的改进型PGC-Atan算法(PGCEF-Atan)。该算法通过基于分块矩阵的最小二乘法拟合椭圆并提取3个椭圆参数,进而将受非线性因素影响的正弦与余弦两路信号校正为正交信号。最后,通过仿真验证了改进型算法的正确性,并采用高调制特性的垂直腔面发射激光器(VCSEL)和常规腔长的EFPI等搭建PGC解调系统,对比经典PGC-Atan算法与两种改进型算法的解调性能,证实了改进型算法非线性失真抑制的有效性。实验结果表明:一定C值范围内,两种改进型算法可在非线性因素影响下有效解调。PGC-EF-Atan算法相较于PGC-CC-Atan算法,解调信纳比提升了11.602 dB,总谐波失真降低了10.951%。两种改进型算法中,PGC-EF-Atan算法对非线性失真的抑制效果更好,且解调线性度良好,准确度高。

光纤法珀差压式流量传感器设计与实验研究

基于流体流动的节流原理,以孔板作为节流装置,2支光纤法珀压力传感器作为差压信号测量装置,研制了1种高精度光纤流量传感器。通过孔板两端压力传感器的压力差来测量流量,在质量流量测量范围0~100 g/s内,得到关于流量和压差开方的线性方程,其线性拟合准确度达到0.99995。研制的光纤流量传感器具有耐高温、抗电磁干扰、体积尺寸小巧、传感器端无源、测量精度高等优点。

光纤法珀应变测量系统在混凝土弹性模量标定中的应用

基于光纤法珀应变传感器的基本原理,介绍了一种混凝土弹性模量标定的新方法。描述了利用光纤法珀应变传感器进行的混凝土弹性模量标定实验,给出了混凝土的标定曲线,并计算出了混凝土试验块的弹性模量。

基于DSP的光纤法珀应变仪数据采集技术研究

光纤法珀应变传感是20世纪80年代末发展起来的一种新型应变测量技术。相应的应变测量仪逐渐成为国内外研究的热点。针对现有的应变测量仪,提出了基于DSP的一体化光纤法珀应变仪的思路,对VC33与应变测量仪之间的数据采集进行了探讨,重点介绍了VC33与应变测量仪之间数据采集的硬件和软件设计,并做了采集验证实验。实验结果与理论上传感器的输出结果基本一致,验证了该采集技术的可行性,为后面的数据处理及实现一体化打下了良好的基础。

基于DSP的新型光纤法珀传感解调系统

利用光谱仪和PC搭建光纤法珀传感器解调系统简单、可靠,但存在体积大、测速慢等不足。为了解决这一问题,本文采用可调谐光纤法珀滤波器替代光谱仪,在DSP平台上进行了系统的搭建。在此基础上,进行了硬件和软件的设计,研制了一体化、便携式新型解调仪并进行了应变测量实验,实验结果证明了系统的可行性。

光纤法珀传感器及其在桥梁应变监测中的应用

应变是反映桥梁健康状况的重要参数,将光纤法珀传感器埋入混凝土结构内部,作为桥梁应变的智能传感元件,它与光开关、光纤应变解调仪、计算机等组成应变测量系统,可以实现桥梁应变自动监测。目前,该系统已经安装在重庆大佛寺长江大桥上,监测数据表明光纤法珀传感器的稳定性和可靠性好,能够用于大桥应变的长期监测。

光纤法珀压力传感器数据解调及改进算法研究

基于光纤法珀压力传感器的基本原理,针对相位解调方法中的条纹计数法,提出了优于双峰解调法的多峰平均改进算法,通过滤波实现数据预处理,进而寻找周期内所有数据点的局部极值点,然后根据格拉布斯准则剔除粗大误差,最终得到腔长变化与压力的关系曲线。在此基础上通过MATLAB进行理论仿真,搭建光纤传感压力测试系统并进行了相关实验,利用所设计的解调方法对实验数据进行处理,通过对比分析实验结果可知,改进算法可以明显的抑制应变测量系统误差,提高腔长的稳定性,证实了该改进算法具有较高的可行性。

离散腔长变换解调光纤法珀应变传感器并联复用的研究

基于光纤法珀应变传感器的基本原理,阐述了两只光纤法珀应变传感器并联条件下的组合输出信号。讨论了离散腔长变换的方法用于复用组合输出光信号进行解调的原理。最后,通过计算机仿真和实验验证了此方法的可行性。

基于DSP的光纤法珀应变仪数据采集技术研究

针对基于TMS320VC33的DSP光纤法珀应变测量仪,对VC33与光电转换模块之间的数据采集进行了探讨,重点介绍了VC33与光电转换模块的命令发送和数据采集的思路及软件实现,在此基础上,得到的光纤法珀应变传感器干涉信号图与理论上传感器的干涉信号图分布基本一致,并对产生差异的原因做了简单说明。验证了该采集技术的可行性。

一种非本征光纤法珀声发射传感系统的研制

针对光纤法珀声发射传感器输出信号衰减与失真问题，设计一种采用改进的双波长稳定技术的传感系统．分析系统工作原理、建立双波长稳定优化模型与设计光电检测前置放大电路．采用1×2密集波分复用器产生两路处于正交状态的输出信号，密集波分复用器（DWDM）滤波波长用优化模型求解．试验结果表明当法珀腔长度变化在0～2μm范围内，双波长最大正交误差为11％，能够满足光纤法珀声发射传感器工作点的稳定要求．通过对振动与断铅笔芯信号检测，初步验证这种传感系统可用于构件的损伤检测．

光纤法珀传感器解调系统的设计

光纤法珀传感器具有测量精度高、动态范围大、可单端检测等优点。针对白光干涉型法珀传感器,设计了一种基于体光栅的光纤传感器解调系统。该系统采用高性能体光栅和线阵CCD阵列实现了光谱的采集,并结合高性能数据采集卡和PC机进行信号的处理和输出。测试结果表明该解调系统的温度测量精度在±1℃以上。

光纤法珀应变传感器波长检测量化误差理论分析

介绍了光纤法珀应变传感器的基本原理 ,通过钢衍梁连续加载实验发现了应变误差有规律的跳动现象 ,并在误差理论的基础上深入分析了影响传感器精度的因素 ,提出了光探测器件本身波长感知的不连续性是造成传感器误差的重要原因 ,并对此进行了实验仿真 .验证了我们的分析 。

光纤法珀声发射传感器的双波长优化稳定方法

提出一种采用优化设计方法改进的双波长稳定方法，能解决光纤法珀声发射传感器输出信号衰减与失真问题。分析双波长稳定原理并建立稳定优化模型。设计光纤法珀声发射传感器的双波长稳定方案，采用1×2密集波分复用器产生两路处于正交状态的输出信号，波分复用器滤波波长用优化模型求解。试验结果表明这种稳定方法具有无源与精度高的优点，当法珀腔长度变化范围为0～2μm，双波长最大正交误差为11％，能满足光纤法珀声发射传感器工作点的稳定要求。

光纤法珀传感器光楔式解调系统设计

为了实现光纤法布里-珀罗(简称法珀)传感器腔长的解调,提出一种新型光楔式非扫描相关解调系统,对该系统所采用的器件特性及结构进行分析研究。首先,通过模拟不同光谱分布的光源及不同表面反射率的光楔,分析其相关干涉信号并给出系统器件的最优化结构参数。接着通过对比鲍威尔棱镜与柱透镜在线阵CCD上的光强分布特性,实现更均匀的光谱分布。最后,给出解调系统的具体实施方案及数据处理方法。实验结果表明:光源光谱具有高斯分布且谱宽较大及光楔表面反射率R=0.5时,相关干涉信号特征明显,便于解调。最终解调系统实现在60~100μm腔长范围内误差小于0.025%的解调。这种光楔式非扫描相关解调方案可以实现光纤法珀腔的传感解调,并可以提高不同类型光纤法珀传感器功率适应性。

低气压CO_2环境下基于光纤法珀振动传感器的超声声速测试与分析

为了分析超声传感技术在火星大气环境下应用的可行性,提出了一种低气压CO_2环境下基于光纤法珀振动传感器的超声声速测试方法,搭建了一套低气压气体超声声速测量试验系统,可实现不同成分(空气、CO_2)气体压力从600 Pa^1 MPa分阶段可调,并基于光纤法珀振动传感器开展了不同气体组分、不同压力、不同距离下中心频率分别为21,25,34与40 k Hz的高精度声速测量试验,通过理论计算与试验结果表明:膜片式光纤法珀振动传感器在600 PaCO_2气体中仍然可以接收到超声信号,在气体温、湿度不变条件下,超声传播速度与压力、频率无关,与气体成分有关;在15℃环境下,各频率超声信号在600 Pa^1 MPa气体压力范围内,测量平均声速在CO_2环境下为268.79 m/s,低于空气环境的336.18 m/s;获得了15℃,600 PaCO_2气体试验条件下,超声传播速度约为271.51 m/s。

光纤法珀应变传感器中传感头对中度对信噪比的影响

分析光纤法珀应变传感器在工程应用中受到剪切应变时传感头发生相对错位对信噪比的影响,由于相对错位使得传光有效功率发生改变,进而影响到信噪比的变化,利用经典电磁场理论,建立其数学分析模型,计算机数值模拟结果表明,对中度越高,信噪比越高,当对中度接近0.1时,信噪比将趋于平稳,此时传感器将失效.

非接触式光纤法珀微位移检测系统

设计一种采用双波长正交解调技术的光纤法珀检测系统,可用于微位移的检测.系统使用1×2密集波分复用器产生两路处于正交状态的输出信号,密集波分复用器的输出波长采用优化设计方法计算.信号处理采用arctan算法实现微位移信号的解调.实验通过对变化范围为0～0.8μm的位移进行检测,结果表明该传感系统的灵敏度达到0.468°/nm,非线性度仅为2.3%,可满足实际中微位移检测的需要.

光谱数据序列长度对光纤法珀应变传感系统的影响

根据光纤法珀应变传感器的腔长DFT解调算法的原理 ,推导了对光谱数据作补零处理时的DFT腔长计算公式 ,并作了精度分析。通过理论分析发现 :对光谱数据补零可以提高光纤法珀应变系统的测量精度 ;对光谱数据按光波频率作等间隔内插时 ,增加抽样点数也可以提高测量精度 ,但效果不如补零来得明显。

光纤法珀应变传感器并联复用实验研究

讨论了两个光纤法珀传感器的并联复用的原理和信号的傅里叶解调方法,设计了两个法珀传感器的并联复用系统,并进行并联复用实验.采用一元线性回归分析方法对三组典型实验系统的实验数据进行处理分析.实验结果表明,并联复用中同一组传感器信号没有发生明显的串扰,实验结果符合理论推导,波动范围小于2.4%,精度达到4.7με.

光纤法珀压力传感系统设计与风洞初步实验

针对航空领域对大气压力的测量需求,基于光纤法珀传感和低相干干涉技术,搭建了光纤法珀多通道压力传感系统。介绍了系统解调算法及工作原理,对光纤法珀压力传感器的标定和温度补偿方法进行理论分析,将非恒温条件下的传感器拟合误差降低至0.134%F.S.。在风洞环境中,在侧滑角-4°~4°变化范围内,对飞机实体模型的三个监测点进行压力测量实验,并将压力测量结果与Ansys-Fluent软件模拟仿真结果做对比。结果显示,光纤法珀压力传感系统与模拟仿真数据变化趋势相同,全量程误差为0.38%F.S.,证明此系统能够提供可靠的压力数据,真实反映飞机模型被监测位置在风洞中的受力情况。