反射式光纤位移传感器参考光路的分析和设计

分析了传统反射式光纤位移传感器参考光路的缺点，提出了一种不需要分束器或耦合器的新型参考光路，它们具有结构简单、低成本、易于制作，对光源和光纤、信号处理均无特殊要求，却能有效地消除不稳定因素影响的特点，这种传感器有实际应用的潜力。

双光路互参考高精度AOTF衍射效率测试方法及装置

适应现代光电检测技术对微弱光电信号测量精度的进一步追求,提出并验证双光路互参考高精度AOTF衍射效率测试方法。该方法利用光路可切换器件实现光路互参考检测,从而达到降低光源不稳定性、探测器响应差异性及光电干扰的目的,有效提高测试精度。首先对双光路互参考高精度AOTF测试方法的原理进行具体阐述,然后说明建立的针对AOTF衍射效率测量的双光路互参考探测实验装置并对其进行实验验证。分析及试验结果表明:采用互参考技术可使衍射效率测量方法数据精确度平均提高50%,有效降低光源不稳定性、探测器响应差异性的影响,实现提高测试精度的目的,最后对方法的适用范围及参考意义进行了分析及讨论。

基于光学干涉原理的温度传感研究(特邀)

提出一种基于光学干涉原理的温度传感器。通过在参考光路中引入单模光纤产生高斯光束;在测量光路中引入光纤光栅结构,使入射光通过光纤光栅、准直器产生平行的高斯光束,经螺旋相位板产生带有轨道角动量的拉盖尔-高斯光束,两束光将在合束器上发生干涉,产生螺旋式干涉图像。在测量光路中引入光纤光栅结构,主要是利用光纤光栅的光延迟特性。当环境温度变化时,光在光纤光栅中的传播产生相位延迟,导致测量光路和参考光路之间相位差发生变化,使螺旋干涉图像发生旋转。通过高分辨率相机实时检测干涉图像的变化,并对干涉图像进行图像处理,准确提取干涉图像的变化信息。通过上述方法,使传感器的温度灵敏度达到4.08°/℃,这将在温度传感领域具有重要的应用价值。

激光多普勒离面位移测量系统的光路结构设计

本文提出了一种应用于激光多普勒离面位移测量系统的新型参考式光路结构 ,能够较好地完成产生多普勒频移和拾取该信号的功能 ,采用相位光栅作为光学混频元件 ,提高了测量的信噪比并充分利用光能。本文阐述了实现差拍应满足的条件及方法。实验表明 ,该光路结构能有效实现被测物的离面位移测量 。

基于保偏光纤模间干涉的光学电压互感器

为了满足高压及超高压电网对新型电压互感器的迫切需要,研究了一种基于保偏光纤模间干涉原理的高压电压互感器。用缠绕了保偏光纤的石英晶体圆柱作为电压传感头,被测电压通过石英晶体的逆压电效应来调制保偏光纤中2个低阶线性偏振模间的相位差,进而改变模间干涉输出光强的分布,通过探测模间干涉输出光强实现对被测高电压的测量。系统通过调整压电陶瓷的驱动电压使得模间干涉静态相位差为正交状态,并采取引入参考光路的方案剔除光源强度波动对测量精度的影响。实验研究结果表明,该互感器在额定被测电压附近能够达到0.2%的测量精度,能够同时反映被测高压的幅值和相位信息,满足高压测量领域对暂态变化的测量要求。

新型强度检测型表面等离子共振传感器的研究

针对角度检测型表面等离子共振传感器结构复杂,不易于实现在线测量的特点,基于表面等离子共振(SPR)原理,提出了采用双LED进行差分光强检测折射率变化的方法。设计了参考光路,可以消除光源波动带来的影响。理论分析及实验表明,这种方法比单LED光强检测方法的灵敏度提高了近1倍。由于没有使用角度检测装置及光谱仪,易于实现仪器的小型化。

差分式强度检测型表面等离子共振传感器的研究

针对表面等离子共振(SPR)传感器需要昂贵的角度转动或光谱分析装置的缺点,提出了采用双LD进行差分光强检测折射率变化的方法。该方法基于等离子共振原理,采用两个波长对应的反射光强差来实现对介质折射率变化量的传感,设计了参考光路,以消除光源波动带来的影响。理论分析及实验表明,这种方法比单LD光强检测方法的灵敏度提高了近一倍。由于没有使用角度检测装置及光谱仪,易于实现仪器的小型化。可通过调整入射角和采用不同光源的方法来实现不同区间的折射率测量。

光纤光栅传感信号解调技术研究

针对现有解调系统不能保证驱动电压的周期完整性的不足,提出了一种基于实时参考光路和可调谐F-P腔滤波器的光纤光栅波长解调系统设计方案。其中,硬件信号调理电路由二级放大电路和二阶低通滤波电路组成,具有高信噪比、低成本等特点;软件分析处理模块含有实时数据采集、处理及保存功能的高精度上位机程序,并提出了采样点补偿算法使驱动电压能够在任何情况下都以完整的周期驱动。实验结果表明:所提出的光纤光栅波长解调系统最大测量误差为34pm,测量范围为40nm,最大调谐速度为100 Hz,能够对光纤光栅波长信息进行实时数据采集与处理,满足工程实际需要。

基于光谱吸收的CO_(2)气体检测系统

针对CO_(2)气体实时在线监测的应用需求,以比尔-朗伯定律为理论基础,基于可调谐半导体激光吸收光谱技术搭建一套CO_(2)气体在线检测系统。选择吸收谱线波长为1 609.583 nm,并在系统中搭建两路参考光路用于消除光源信号波动和实现自动寻峰,以提高检测系统的稳定性与准确性。通过对系统的标定与校准,系统测量相对误差小于0.8%,系统重复性小于0.06%,响应时间不超过18 s,对空气中CO的体积分数进行连续4 h监测,其值的波动范围为360×10^(-6)-400×10^(-6)。试验结果表明该系统具有较好的稳定性与可靠性,可满足CO_(2)气体实时在线监测的应用需求。

基于固定点波长调制光谱技术的气体浓度测量方法

固定点波长调制光谱技术虽然具有时间分辨率高的优点,但随着激光器出光中心的波数漂移,气体浓度的测量会出现较大误差。为消除波数漂移对浓度测量的不利影响,本文提出了一种基于固定点波长调制光谱技术的气体浓度测量方法。引入一条带有封闭气池的参考光路,通过谐波高度来推算激光器出光中心的波数偏移量,使用循环迭代算法实现待测气体浓度的有效反演。搭建了一套基于固定点波长调制光谱技术的测量系统,通过改变激光器的工作温度来模拟波数漂移现象。选择CH_(4)分子在6046.955 cm^(-1)附近的吸收谱线进行浓度测量实验,结果显示:浓度测量的最大相对误差由90.510%降低至5.204%;对于低于70.000%的误差,修正后均可控制在2.000%以内。这说明所提方法能准确计算波数偏移量,提高气体浓度的测量精度,为使用固定点调制光谱技术实现快速场反演提供了技术保障。