光纤Bragg光栅校准可调谐F-P滤波器解调系统的研究

基于可调谐光纤（TF）Fabry-Pent（F-P）滤波扫描传感光纤Bragg光栅（FBG）反射的原理，针对可调谐光纤F-P滤波器的透射波长与驱动电压的非线性与不重复性，提出一种新颖的利用置于恒温箱内的FBG来提供波长参考，得到光纤F-P滤波器小范围内的电压-波长线性关系，对一温度传感器进行了试验检测，在30-130℃范围内，系统的平均偏差为0．52℃。

FBG传感信号数字化可调谐F-P滤波器解调技术研究

为进一步提高光纤光栅(FBG)解调系统的性能,提出并实现了基于FPGA逻辑控制的可调谐F-P滤波(TFFP)FBG传感数字化解调系统。重点介绍基于TFFP解调技术的工作原理,并给出了此解调系统硬件设计的系统框图。解调实验结果表明,通过与光谱仪的测量数据比较,此解调系统达到了预期的目标,经标定后系统的分辨率达1 pm,动态测量范围达50 nm,测量精度达0.01 nm。

柔性铰链微位移机构在可调谐F-P滤波器中的应用研究

分析了由于反射镜倾斜导致的可调谐F-P(Fabry-Perot)滤波器失谐。设计了一种柔性铰链式微位移机构,由压电陶瓷驱动,采用平行四连杆机构进行传动导向。采用该机构驱动F-P腔镜扫描克服了直接使用压电陶瓷带来的腔镜倾斜问题。该机构已应用于可调谐F-P滤波器中,输出信号多周期峰值幅度均匀,重复性好。

基于可调谐FP滤波器的光纤光栅解调系统

为了进一步提高光纤光栅解调系统的性能,提出和研究了一种新颖的基于可调谐FP(FabryPerot)滤波器的光纤光栅解调技术,并以此为基础构建了探测系统。系统使用一个固定波长的参考光纤光栅作为波长参考元件,通过对传感光纤光栅与参考光纤光栅的波长测量与差值运算,消除了可调谐FP滤波器腔长漂移对测量精度的影响。给出压电陶瓷电压对应的伸长量,有效地减小了压电陶瓷非线性对测量的影响,提高了光纤光栅波长的测量精度。在测量范围内,最大非线性偏差为0.5%。

基于F-P腔可调谐滤波器的FBG振动传感系统

通过F-P腔可调谐滤波器和宽带光源产生窄线宽光源,并通过调节F-P腔滤波器使窄线宽光源工作于光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)反射谱的边缘,从而实现了基于FBG的振动传感系统。通过STM32产生F-P腔可调谐滤波器的驱动电压,采用数据采集卡(DAQ)采集光电探测器的输出信号,用基于LabVIEW开发的上位机软件实现显示振动信号的时域波形和频谱。同时,通过研究F-P腔可调谐滤波器的动态漂移特性,发现预加电压可以减弱动态漂移对系统性能的影响。最后,将商用的电振动检测系统的测试结果与本文系统的测试结果进行了比较,结果表明:当振动频率小于100 Hz时,本研究的实验系统相对误差小于3%。

F-P滤波器解调FBG传感器的数据处理方法研究

使用可调谐F-P滤波器解调FBG传感器的方案具有测量系统体积小、波长分辨力高等优点,是目前技术较为成熟、实用性较好的解调方案。为了进一步提高解调准确度和精确度,滤波器透射峰值的计算方法和滤波器特征曲线的数学模型被不断改进。本文对这些处理方法进行了介绍和分析。

基于F-P滤波器的光纤光栅解调中寻峰算法分析

设计了基于F-P滤波器的FBG传感解调系统,分别利用质心法、最小二乘法、高斯多项式法和半峰法对FBG反射波谱进行寻峰处理,并对这四种典型寻峰算法效果进行研究和分析。

新型光纤传感用角度调谐Fabry-Perot滤波器

提出一种光纤传感用可调谐滤波器方案,使用伺服电机驱动滤波片匀速旋转,利用改变入射光角度的方式实现连续调谐波长输出。结合光纤传感的解调原理,设计了基于DSP芯片的伺服电机控制电路。通过选择PID控制算法及PID参数稳定伺服电机转速,在1 530～1 570nm的波长调谐范围内,该滤波器实现了比较高的重复性和稳定性,由电机转速抖动误差造成的解调波长的误差控制在±10pm内,成本低,控制方便,可用于光纤传感系统。

光纤可调F-P滤波器频率响应特性的实验研究

为了提高基于可调Fabry-Perot(F-P)滤波器光纤光栅(FBG)解调系统的性能,根据可调F-P滤波器的特性,研究了不同驱动频率下光纤可调F-P滤波器的响应情况。实验中通过数据采集卡和LabVIEW软件平台得到滤波器不同输出波长所对应的电压,绘制出不同频率下电压—波长曲线。分析了在驱动电压频率改变时滤波器透射波长随电压的变化情况,发现直线拟合所得斜率有随频率增加单调递减的趋势,10Hz、100Hz和200Hz与1Hz的斜率误差分别为0.69%,5.10%,6.49%。实验数据分析表明,采用区分频率选择不同多项式拟合可以减小该误差对解调系统的影响。

基于梳状滤波器的光纤光栅传感系统解调方法

针对现有光纤光栅解调系统存在的非线性和温度敏感性现状,提出并实验验证了一种基于梳状滤波器的波长解调方案。通过测试分析了梳状滤波器和可调谐Fabry-Perot滤波器的光学特性。并利用光学仿真软件Optisystem构建试验平台进行仿真计算,仿真结果和理论结果具有很好的一致性。搭建了解调实验平台,通过温度特性试验,实现了光纤光栅传感器对温度良好的线性特性。测试结果表明:系统精确度较高,测量误差小于3 pm,波长均方误差小于1.4 pm。

光纤端面偏移对光纤F-P可调谐滤波器性能影响

在光纤F-P可调谐滤波器进行滤波调谐的过程中经常会出现光纤端面偏移的问题,从而导致其滤波性能下降。通过ZEMAX光学仿真软件对其光纤F-P腔部分进行仿真,模拟两光纤端面发生径向偏移和产生倾角时的情况,通过对仿真结果分析得出当发生径向偏移时将会导致光纤F-P可调谐滤波器的峰值透过率减小,插入损耗增加;在产生倾角时将会导致光纤F-P可调谐滤波器的3dB带宽增加以及阻带抑制能力减弱,而当倾角大于0.005°时其滤波性能将会发生明显衰减。

基于柔性铰链结构的高灵敏度低频光纤光栅加速度传感器

设计了一种基于柔性铰链结构的光纤光栅加速度传感器,进行了结构理论分析,并构建有限元模型仿真分析了传感器的加速度传感特性。基于F-P滤波器构建了具有温度自补偿功能的光纤光栅加速度检测系统,并通过增加反馈控制电路,对F-P滤波器进行反馈控制,实现了系统的零点自温度补偿。对系统的特性进行了实验测试,结果表明:系统对加速度的连续激励信号和冲击激励信号均有良好的动态响应,系统的固有频率为380.0Hz,动态响应范围可达65.6dB,频率响应范围为10.0~240.0 Hz,灵敏度为236 pm/g,所设计的加速度传感器具有较强的横向抗扰能力,干扰方向灵敏度仅为工作方向灵敏度的3.5%。

埋入式光纤光栅应变测量系统的设计

埋入式光纤光栅应变传感器作为大型土木结构健康监测的智能元件具有很好的发展前蒂。讨论了埋入式光纤光栅应变传感器的传感机理，设计了埋入式光纤光栅应变测量系统。从力学角度阐述了光栅传感探头的结构和制作工艺。采用可调谐F-P滤波器对光栅信号进行解调，解决了应变与温度交叉敏感问题。系统对应变的测量范围为0-1500με。通过理论分析证实了系统方案的可行性。

布拉格波长标定及实时三次样条插值拟合算法的实现

针对布拉格光栅解调的标定问题,采用了一种由标准具、参考光栅及DSP组成的标定系统,实现对可调谐F-P滤波器的标定。本文运用三次样条插值算法,得到标定拟合曲线,再根据标定曲线得出传感光栅的波长。为了进行实时标定,在DSP平台上实现了三次样条拟合的求解,提高了波长解调的精度。

基于嵌入式系统的光纤光栅解调系统的研究

对基于DSP和ARM的光纤光栅解调系统进行研究。针对以DSP,ARM为核心的系统电学部分进行设计;对信号解调算法的软件实现进行研究;最后,叙述了系统整体搭建的情况,同时还分析了对系统进行整体测试的情况,将理论研究运用到实际系统中,得到的实验结果验证了系统的实用性。

基于NIOS Ⅱ的光纤光栅温度传感解调系统

基于FPGA的硬件平台,以NIOS Ⅱ嵌入式软核处理器为核心,设计了可调谐F-P滤波器的光纤光栅解调系统,介绍了系统的组成以及软硬件结构。温度测试实验结果表明,该系统的整体性能良好,具有较好的稳定性和重复性,满足实际测量需求。

温度补偿型光纤光栅加速度传感探头结构设计

采用可调光纤F-P滤波器技术设计了一种光纤光栅加速度传感系统。提出了一种温度补偿型光纤光栅加速度传感探头,探头弹性系统主要有惯性质量块、双弹簧片、钢管等组成。探头采用不受力光纤光栅法进行了温度补偿。该探头具有结构简单,不受电磁干扰,不受光路功率波动和相位噪声影响等优点,且能自动进行温度补偿。

基于电力系统监测的光纤光栅传感器采集装置研究

研制了1台基于FPGA的光纤光栅传感器采集装置,该装置采用掺饵光纤放大器(EDFA),结合可调谐F-P滤波器产生稳定波长扫描光,利用质心法对光纤布拉格光栅(FBG)反射波谱进行寻峰处理,装置最终可以实现16个通道同时采样,测量范围为1525~1565 nm。实验结果表明,该装置具有良好的稳定性和测量精度,可以满足电力行业的工程需求。

利用波长检测的光纤温度传感器

基于应力型保偏光纤传输差对温度的敏感性及保偏光纤模式干涉理论,提出了利用波长的温度检测方法并推导出传感方程。传感方程表现出的温度与干涉频谱中对应的空间频率间呈线性关系,简化了温度解算的程序。实验中,对Fabry-Perot(F-P)可调谐滤波器的工作电压与相对应的允许通过波长的关系进行了研究,并使用F-P可调谐滤波器取代光谱仪来获取光谱,简化了实验设备。由于被测信息仅与波长信息有关,而与光在传播过程中所引起的光源光功率的浮动无关,所以,使用这种检测方法消除了光源的浮动以及光在传输过程中的损耗等对系统的稳定性和精度的不利影响,提高了传感器的环境适应能力。

基于DSP芯片控制的光纤光栅传感解调系统

提出并实现了基于DSP芯片控制的准分布式光纤Bragg光栅传感网络信息解调系统,着重介绍了基于可调谐光纤F-P滤波(TFFP)解调技术的工作原理,并给出了此解调系统硬件设计的详细接口图。该系统扫描频率在25～100Hz间可调,分辨率达2pm,动态测量范围达50nm。同时变频变幅的TFFP锯齿波扫描信号可以灵活地改变系统的扫描范围,进一步提高了系统的解调速度。