基于色敏元件的光位移传感器高动态解调研究

介绍了波长编码型光学位移传感器的输出光的特点及目前利用光谱仪进行解调的制约因素,分析了色敏元件的工作原理及色敏元件对传感器输出窄带光进行解调的可行性,设计了色敏解调线路并对行程±60mm的光位移传感器进行了测试验证,测得色敏解调方案对传感器的测试精度可以达到±0.37%F.S,且可以达到600Hz以上的高动态解调。

基于LabVIEW的光纤布拉格光栅动态解调系统

为了实现光纤光栅动态解调的目的,采用了一种基于长周期光栅(LPFG)边缘滤波特性解调光纤布拉格光栅(FBG)的动态应变检测系统。将FBG作为传感元件,利用长周期光栅边缘滤波特性对光强调制,经光电转换获得电压信号,通过高速数据采集卡与LabVIEW软件设计结合由计算机采集。进行了振动实验,采集信号的时域波形图并进行频谱分析。试验结果表明该系统具有良好的动态响应特性,可实现2.5kHz以内的动态应变监测。

一种级联长周期光纤光栅动态解调光纤布喇格光栅的新方法

为扩大传感光栅波长的解调范围,在原有级联长周期光纤光栅(CLPG)解调光纤布喇格光栅(FBG)系统的基础上增加了压电陶瓷,利用压电陶瓷的电致伸缩特性,实现对FBG的动态解调.系统仿真表明:加入压电陶瓷后CLPG的漂移量为1.6 nm,对传感光栅的解调范围增加了0.2 nm,并且提升了解调线性度.

基于双芯LPFG边缘滤波的动态解调系统

为了实现长周期光纤光栅(LPFG)边缘滤波动态解调,利用LPFG的线性滤波特性,并结合压电陶瓷(PZT)的压电效应,提出一种基于双芯LPFG边缘滤波光纤布喇格光栅(FBG)动态解调系统。对该系统进行理论分析、可行性分析和仿真分析,并与静态滤波系统进行比较。结果表明:该系统具有较高的稳定性、精度和线性度。

放大自发辐射宽带光源(ASE)谱特性FBG动态解调方法的研究

本文应用超磁致伸缩材料(GMM)构建FBG的电流传感探头,与ASE光源谱特性解调系统共同组成了交流电流测量系统,对50Hz的交流电流进行测量,并通过温度解调传感实验先对ASE光源谱特性解调进行了定标。通过实验标定ASE光源谱特性解调应变灵敏度系数,最终将交流电流形成的布拉格波长漂移量解调成交变的电压信号输出。该信号与输入电流信号相对应,并且包含了输入电流信号的幅值、频率和相位信息。从示波器测得的输入和输出信号的相似性表明,实验结果与理论分析是一致的,验证了ASE光源谱特性动态解调方法的可行性。

基于级联长周期光纤光栅的光纤布拉格光栅振动传感器的动态解调

提出一种基于级联长周期光纤光栅(CLPG)的光纤布拉格光栅(FBG)振动传感器动态解调方法。宽带光源发出的光经FBG反射后,进入到CLPG,经过CLPG调制后FBG反射光强会发生变化。通过温度测量实验对监测系统进行静态标定,再将FBG传感器粘贴于铝板表面,采用该系统监测简支铝板结构在低频和高频下的振动信号。系统采集到的动态信号时域波形及频谱与涡电流位移计的测量结果相吻合,表明该监测系统可实现2kHz以下的动态信号测量。

利用波分复用器实现FBG动态传感解调

为解决因宽带光源光功率不稳定而造成解调误差较大,以及使用普通光纤Bragg光栅(FBG)解调仪器价格昂贵的问题,提出了一种利用粗波分复用器(CWDM)解调光栅信号的方案.根据FBG反射谱和CWDM边带的滤波特性,采用边带滤波的强度检测方法,设计的全光纤传感解调系统,用于对单点FBG波长移动的解调.运用MATLAB进行数值模拟,结果表明,系统动态范围宽,输出与输入呈线性关系,消除了因光源强度波动和光纤连接器不牢固引入的测量误差.

应用平衡双光纤光栅动态解调技术测量应力的研究

报道了一种基于解调技术使用双光纤光栅测量张力的方法。在外界拉力下一个光纤布拉格光栅反射波长的漂移被转变成从另一个被压电陶瓷片调制的光栅反射的光脉冲间隔的变化。实验表明 ,当测量一个 4 0N以内的力时 ,测量精度可达到 2 .5mN。

光纤法珀振动传感器时分三波长解调技术

针对非本征型光纤法布里珀罗干涉(简称EFPI)传感器的动态解调,提出一种基于可调谐激光器的时分三波长解调方案。基于可调谐激光器波长切换速度快、调谐范围宽的优点,采用波长切换的方式来代替传统的3台激光器,简化了解调系统。实验结果表明,解调方案的最大非线性误差为2.3%,解调速度为78 kHz。该解调技术具有系统简单紧凑、成本低、速度快等优点,在动态信号测量领域具有一定应用价值。

基于FFP-TF的分布式光纤光栅动态波长解调方法的研究

提出一种利用光纤可调谐Fabry-Perot滤波器(FFP-TF)实现分布式光纤光栅动态波长解调的方法,从而实现对一根光纤上多个传感光纤光栅动态应变或振动的分时检测.建立了波长解调数学模型,推导出系统输出电压、输出灵敏度计算公式,得出静态工作点的确定方法.研究了FFP-TF在静态工作点的波长漂移特性,提出加入高频扰动驱动电压的波长锁定方法.基于Labview数据采集平台构建解调系统.实验中通过对系统输出电压进行数字滤波,实现了对频率为100和250 Hz的振动检测.实验结果验证了该解调方法的可行性.

基于光纤Bragg光栅的动态应变信号的解调研究

推导了基于非平衡M-Z干涉仪和直流相位跟踪零差法(PTDC)、相位载波零差法(PGC)2种相位检测方法的FBG动态应变信号解调系统的工作原理;搭建了振动试验系统,对2种解调系统进行了比较,试验证明:2种解调系统均能在10 kH z的频率范围内正常工作,但前者在测量范围、抑制噪声等方面有明显优势;构建了基于FBG的材料冲击试验系统,给出了试验参数,试验结果显示所检测信号的信噪比约为80 dB,最小能检测的动态应变相对量为10-4;研究证明:FBG在动态应变信号检测方面有良好的性能。

光纤光栅在低阻抗材料动态性能测试中的应用

研究了光纤Bragg光栅在材料性能测试方面的应用。介绍了基于分离式霍布金逊压杆(SHPB)的低阻抗材料动态性能测试的原理,探讨了光纤光栅传感器用于SHPB实验装置中进行应变测试的相关问题。推导了低阻抗弹性杆中传播的应力波与光纤光栅传感器的波长漂移量之间的关系式,构建了光纤光栅高频动态应变测试系统,对SHPB实验装置中被撞击弹性杆的表面应变进行了测试,并与现有仪器进行了对比。实验结果显示,构建的光纤光栅动态应变测试系统在10kHz的频率范围内,具有40dB的信噪比。研究表明,光纤光栅在低阻抗材料的动态性能测试中具有很好的应用前景。

应用CWDM实现FBG传感解调的研究

本文利用粗波分复用器(CWDM)的传输特性与波长的关系,提出了一种FBG传感解凋方法并建立了实验系统。通过理论分析计算,得出系统的输入/输出之间的关系,并进行了实验验证。系统的波长解调范围为4 nm左右,在没有进行光功率补偿的情况下,根据实验数据的分析计算,方差最差的情况下σ_(max)=4 pm。本系统在对分辨率要求不高的工程实际中的动态解调有着广泛的应用前景。

用光纤光栅传感器测量外压力的动态调制方法(英文)

为了提高光纤布拉格光栅压力传感器的精度和降低系统成本，提出一种使用光纤双布拉格光栅测定压力的测量方法，即在外界压力作用下，传感光纤布拉格光栅反射波长的飘移被转变成在交变力策动下发生弯曲的等强度悬臂梁调制的扫描光栅的反射光脉冲间隔的变化。实验结果表明：光纤布拉格光栅反射波长漂移的测量范围为0～3nm，波长测量的不确定度为1pm；压力传感器的量程为0～6MPa时，压力的测量不确定度为0．005MPa。

新型高准确度光纤光栅压力传感系统

提出一种使用光纤双布喇格光栅测定压力的测量方法．在外界压力作用下，传感光纤布喇格光栅反射波长的漂移，被转变成在交变力策动下，发生弯曲的等强度悬臂粱调制扫描光栅反射光脉冲间隔的变化．实验结果表明，光纤布喇格光栅反射波长漂移的测量范围为0～3nm,波长测量的不确定度为1pm；压力传感器的量程为0～6MPa时，压力的测量不确定度为0．005MPa．

流速/温度共采的光纤布拉格光栅涡轮流速传感器

为实现敏感元件仅为单一光纤光栅流速传感器的多参数同时测量,提出了一种流速/温度共采的光纤布拉格光栅(FBG)涡轮流速传感器。该传感器通过涡轮实现流体冲击力对光纤光栅中心波长的频率调制,解决光纤光栅温度应变的交叉敏感,理论计算得到其流速检测灵敏度为2.91·10-2 m/(s·Hz-1)。为测试传感器的性能,搭建了传感器测试系统,并选取光纤动态解调仪解调的光纤光栅中心波长动态信号作为试验原始数据。应用快速傅里叶变换(FFT)法分析试验数据,得到传感器流速的检测下限为0.541 7m/s,检测灵敏度为2.57·10-2 m/(s·Hz-1),检测精度为25mm/s,略小于理论计算值,其主要原因在于圆管内流体的流速并非均匀分布的匀速运动,管道内壁对流体具有一定的黏滞力。应用经验模式分解分析原始数据获取其趋势项信号,得到该传感器的温度灵敏度为10.6pm/℃,检测精度为0.5℃。

用于光纤光栅压力传感器的一种新型布喇格波长调解系统(英文)

介绍了一种基于双光纤布喇格光栅实现波长解调的高准确度、低成本光纤光栅压力传感器.在外界压力下,传感光纤布喇格光栅的反射波长产生漂移,其漂移量被粘贴在以一定频率上下扫描的等强度悬臂梁上的匹配光纤布喇格光栅调制为系统输出时间脉冲序列的脉冲宽度.实验结果表明:该解调技术的波长测量范围为0～3 nm,波长测量的不确定度为1 pm,对于量程为0～6 MPa的压力传感器其测量的不确定度为0.005 MPa.

基于光纤光栅的振动检测系统设计

本文以光纤布拉格光栅为传感器件,采用长周期光纤光栅线性边缘滤波动态解调法,以LabVIEW为软件开发平台,实现了等强度悬臂梁的低频率微小振动测量。实验表明,在振动频率小于1kHz,振幅在12~28mm范围内,测量具有较好的准确度和重复性。

用于体温心音检测的光纤布拉格光栅波长解调方法

提出一种用于智能服装中体温与心音同步检测的光纤布拉格光栅(FBG)波长解调方法。基于可调谐法布里-珀罗(F-P)滤波器实现了分布式多光纤光栅的高精度静态波长解调和单光纤光栅的高速动态波长解调。利用梳状滤波器实现F-P控制电压与输出波长关系的实时校准,提高了静态波长解调的精度。通过在控制电压中加入扰动信号,使F-P滤波器中心波长在工作点处保持稳定,实现长时间的动态解调。实验结果表明所设计的解调系统静态波长解调精度可达±5pm,重复性在5pm以内。动态波长解调范围理论值为225pm,实测可达203pm。系统频率响应3dB带宽设计值为1kHz,实测值为950Hz左右。在心音信号主要集中的20～200Hz频段内,频率响应基本一致。