强度解调的光纤光栅振动检测硬件电路设计与实验研究

在对光纤光栅强度解调方法研究的基础上,利用Fast FET放大器AD8065设计了高速光电转换电路,并基于边缘滤波强度解调原理构建了光纤光栅振动检测系统。该系统具有成本低、解调速度快等特点。在实验中,引入使用美国国家仪器(NI)有限公司的电子电路仿真软件Multisim的仿真实验与构建的光纤光栅振动检测系统进行对比。实验结果表明,光纤光栅振动检测系统具有良好的幅频响应,频率响应范围可达5 Hz^1 000 Hz,为光纤光栅振动检测提供了一种新的可靠手段。

基于三波长强度解调的光纤EFPI解调系统

基于三波长正交的特性和强度解调的原理,设计搭建了一种针对EFPI(非本征型法布里-珀罗干涉型传感器)的解调系统。利用相位实时补偿的方式,该解调系统克服了传统强度解调中腔长解调范围受限的缺点,同时兼具解调速度快的优点。在瞬间释压实验中,结果表明该解调系统实现了腔长变化范围大于1μm的解调,且解调腔长精度达到0.01μm。在高频正弦电压驱动实验中,该系统可成功分辨频率为5 k Hz的信号,且解调精度为0.01μm。

基于强度解调的低成本光纤悬臂式加速度计

该文研究了一种基于强度解调的低成本光纤悬臂式加速度计。该加速度计由接收光纤、发射光纤、陶瓷插芯和陶瓷套管组成,接收光纤和发射光纤均为单模光纤(SMF)。对该加速度计的灵敏度进行理论分析并制作了一个光学加速度计,搭建了实验系统。实验结果表明,在工作频带30~1000 Hz,该加速度计具有71.5 mV/g(g=9.8 m/s^(2))的灵敏度和良好的相频特性。

强度解调型光纤光栅温度传感实验

光纤光栅在工程上应用广泛,但由于存在解调系统复杂、成本高,尤其是需要使用光纤光谱仪等波长解调仪器,使得光纤光栅很难走入本科教学的实验课堂.本文提出了一种基于窄线宽DFB激光器的强度解调方案,极大地简化了光纤光栅传感器的解调系统,完全满足较高分辨率和实时检测的系统要求.合理安排的温度传感实验可以非常直观地展示光纤光栅的线性传感性能,使得工程化的光纤光栅传感技术轻松走进本科教学课堂,具有极高的推广和应用潜力.

强度解调的光纤光栅振动检测硬件电路设计及实验研究

在分析光纤光栅动态解调方式的基础上,设计了一种基于ASE光源边缘解调技术的高速FBG硬件解调电路。在详细分析光电转换及放大电路元件器性能参数的基础上,选择光电管FDSP625及放大器LTC6240作为该高速光纤光栅解调硬件电路的核心元器件,实现了该电路元器件之间的优化匹配,提高了该硬件解调电路的解调精度。构建光纤光栅动态检测平台,详细验证了该光纤光栅硬件解调系统的频率响应特性。实验数据表明该光电解调电路静态白噪声在500 mV内;在0 Hz^1000 Hz频率范围内,可以较好的响应外界频率的变化。

基于超窄带宽激光器的光纤光栅多通道强度解调技术研究

为了提高DFB激光器工作的稳定性,充分发挥激光器独特的优越性能,设计了一种基于LM317的驱动电路和基于LTC1923的自动温度控制电路。组建成一套多通道信号解调系统。运用protues对电路进行仿真,并使用光谱仪观察解调结果,实验分析表明:该系统能够保证DFB激光器的工作可靠性,且多通道解调具有足够的光功率,能够满足工程上的应用。

基于FBG啁啾效应的强度解调型光纤热式风速计

针对现有的波长解调型光纤布喇格光栅(FBG)风速计系统成本高、操作不方便等问题,提出一种基于FBG啁啾效应的强度解调型光纤热式风速计。使用泵浦激光对长度为15 mm的FBG进行非均匀加热后,使其产生明显的啁啾效应,利用啁啾化FBG在风速作用下温度梯度降低导致啁啾程度减弱,其反射光功率也随之减小的原理,成功实现了强度解调型的FBG风速测量。实验结果表明:风速计的测量范围达0~11 m/s,在风速为0.1 m/s时风速计的灵敏度高达-28.60μW/(m·s^(-1)),其动态响应时间小于1 s(低风速到高风速约为0.3 s,高风速到低风速为0.9 s)。

基于F-P腔强度解调的微位移传感器

基于一次谐波腔长锁定技术,设计了一种基于法布里-珀罗(F-P)腔干涉的强度解调型微位移传感器。系统对F-P腔的初始腔长进行动态锁定,通过将F-P腔腔长的微小变化转化为强度信号,实现直接快速地对待测目标的微位移进行测量。详细地阐述了位移传感器的理论模型及一次谐波锁定F-P腔腔长的技术方案,实验中采用商用的高精度压电陶瓷平移台(PZT)模拟了实际物体的运动状态,实验结果表明,该系统对峰峰值在λ/4(λ为光波波长)以内、频率不高于400Hz的微位移有很好的测量结果,频率误差小于0.5Hz,测量精度小于1nm。

强度解调型光纤布拉格光栅传感器的研究及进展

对国内外已报道的强度解调型光纤布拉格光栅(FBG)传感器进行了综述,按解调方法将其归类为光栅匹配法、边缘滤波法、光栅啁啾法、激光匹配法和射频探测法。对各种方法的原理进行了介绍,对各自的优缺点等进行了评述,并对强度解调型FBG传感器的发展进行了展望。

激光多普勒微振动信号的直接强度解调

在传统的激光多普勒测振方法中,频移信号的检测通常需要具有比较复杂的频率或相位解调系统。从激光多普勒频移和干涉理论出发,提出了一种测量振幅小于纳米量级的方法———直接强度解调法。分析了直接强度解调法的适用范围。实验中利用了迈克尔逊干涉仪结构,采用了直接强度解调的方法。对振幅约为1nm的振动信号来说,其信噪比为23dB。

基于钛膜的光纤F-P声波传感器实现

针对电子式声波传感器易受电磁干扰的问题,根据非本征型法布里-珀罗(EFPI)干涉结构,提出了一种基于钛膜的光纤F-P声波传感器,其利用钛膜受压形变引起F-P腔长变化实现声光换能。搭建稳定正交工作点的强度解调系统,用于降低温度漂移对解调精度的影响。经实验证明,该传感器干涉光谱消光比约12 dB;能够实现1.5~8 kHz正弦声波信号的探测,系统信噪比约45 dB;在强度响应测试中,拟合曲线的线性度大于0.982,表明传感器具有良好的线性响应关系。

基于波长编码和阵列波导光栅解调的光纤位置传感器

波长编码光纤位置传感器具有对光强变化不敏感、稳定性高等优点,为了进一步简化结构和降低成本,提出了一种新型波长编码光纤位置传感器。使用10阶二进制伪随机m序列作为传感器的编码基准,以100μm的栅距制作编码标尺并搭建传感系统,由工作通道的输出电压解调绝对位置信息;同时,阵列波导光栅(AWG)作为解复用器与多个光电二极管组成多波长检测系统,简化了传感系统并提高了响应速度。采用单向定位精度为6μm的步进电机作为位移量标准,验证了设计分辨率为100μm的传感器方案可行性。

基于法布里-珀罗传感器的解调研究

传感器作为测量系统的一部分,已经成为系统高速、高质量、高安全性运行的保障。法布里-珀罗传感器更具有便携性、小型化的优点。为研究法布里-珀罗传感器的解调特性,阐述其主要解调方式(强度解调),并通过多个传感器联合解调,分析平行平板多光束干涉的原理,随着光程差的变化,光强产生周期性变化。基于强度解调方式,并联多个传感器解调,为今后新的传感测量系统提供参考。

光纤光栅振动传感实验研究

采用匹配光纤光栅解调的方法 ,对光纤光栅振动传感进行了实验研究 .实验结果表明 :采用本实验中振动传感器的结构 ,在低频范围内是可行的 .

基于波长与强度双解调的光纤温度传感器

为了更好的了解光纤传感原理,并提高温度光纤传感器的各方面性能,提出一种新型的具有波长与强度双解调的光纤温度传感器。将30mm的保偏光纤(PMF)的两端分别与单模光纤(SMF)进行腰椎放大熔接,形成两个腰椎,构成全光纤马赫泽德尔(M-Z)温度传感器。温度的变化将会引起光纤的纤芯模与包层模相位差的变化,从而导致干涉光谱的变化。以25-70℃作为测试温度,通过光谱仪(OSA)监测宽带光源经传感器后的干涉光谱。实验结果表明,温度升高,特征峰波长在向长波长方向移动,并且其强度在逐渐增大。因此,采用波长与强度双解调的方法对温度进行测量,其灵敏度分别为0.127nm/℃和0.32dB/℃,对应的分辨率分别为0.16℃和0.03℃。这个双解调的全光纤温度传感器制造简单、成本低、体积小和结构稳固,而且具有很高的分辨率,因此适用于实际测量。

光纤光栅应变传感的研究

采用一种简单的传感装置和匹配光纤光栅强度解调的方法 ,对光纤光栅应变传感进行了理论分析和实验研究 .结果表明 ,检测信号与传感信号的变化频率一致 ,相位相反 ,当传感信号的幅度不太大时 ,它们的变化波形也一致 。

微型化光纤法布里-珀罗传感器腔长一致性的控制研究

研究了光纤法布里-珀罗腔传感器的腔长一致性的控制技术.通过三维调整架组成微调装置来控制全光纤法布里-珀罗腔的腔长;结合法布里-珀罗腔的工作原理,利用光谱分析仪实时检测加工过程中法布里-珀罗腔的腔长并用装置予以修正;以热熔接的方法将毛细玻璃管与光纤加工成法布里-珀罗腔;利用超景深光学显微系统检查加工的法布里-珀罗腔的关键部位的结构,并对熔接点的牢固性进行了检测.实验结果和数据分析显示:法布里-珀罗腔的腔长得到了较好的控制及一致性,熔接部位的变形和对法布里-珀罗腔的性能的影响也很小.该工艺可用于制备全光纤法布里-珀罗腔传感器.

基于F-P腔干涉的膜片式光纤微机电系统压力传感器

基于法布里-帕罗腔的干涉原理,采用微机电系统技术加工制作了一种光纤微机电系统压力传感器.采用浓硼扩散自停止腐蚀和磁控溅射的方法,制备厚度为6μm、机械灵敏度为0.502μm/MPa的传感器敏感膜.基于强度解调技术,利用干涉腔的反射功率与压力的关系对压力进行解调.分析了腔长变化对反射率的影响,确定传感器线性工作点的波长,建立稳定的压力传感测试系统.测试结果表明,该传感器压强最小分辨率为62Pa,灵敏度达到0.51nW/KPa,具有良好的线性度、灵敏度和重复性,适用于人体内压力测量和口腔义齿压力测量.

一种新颖的光纤光栅轮轴计数传感器

基于光纤Bragg光栅传感原理,采用双光栅匹配滤波强度解调方案,研制了一种新型的光纤光栅轮轴计数传感器。从理论上分析了该传感器的工作原理,并进行了实验研究,取得了理论与实验一致的结果。这种光纤类传感器具有不怕潮湿、粉尘、抗电磁干扰等优点。此外,由于使用双光栅匹配滤波强度解调方案,不必使用昂贵的波长解调设备,所以该传感器成本低,有望替代现有的电类产品,在工程实践中获得广泛应用。

基于光纤光栅传感的公路轮轴识别系统

研制了一种新型的光纤光栅公路轮轴识别系统。系统由12个光纤光栅压力开关传感器按照一定的串接方式组合而成。光纤光栅压力开关传感器是针对轮轴识别系统的要求而专门研制的。从理论上分析了该识别系统的工作原理,并进行了实验研究,取得了一致的实验结果。经过不同车型数次过车实验证明:该轮轴识别系统识别准确率达100%。该系统不怕潮湿、粉尘、抗电磁干扰,有望替代现有的电类产品,在工程实践中获得广泛应用。