基于微波光子滤波器光纤端面反射率特性的火焰传感研究

利用微波光子滤波器(microwave photon filter,MPF)光纤端面反射率随温度场的变化导致光纤端面反射率发生改变的原理,研究了火焰传感系统的相关特性。采用迈克尔逊结构干涉仪构成的MPF,微波光子信号在经过2km光纤后,其光纤端面受到火焰的影响反射率发生变化,研究其变化特性与火焰之间的关系。对置于火焰中的部分传感光纤端面进行燃烧,光反射的信号幅度会因为火焰变化发生改变。该系统使用16 d Bm输出功率的非相干光源,将159.63~159.80 kHz、4 V(峰-峰值)幅度的微波信号调制于光载波上,形成微波光子信号。在传感臂光纤端面施加外焰和内焰,测量射频强度的变化,从而获取火焰传感信息。施加外焰射频强度最小值平均值变化量达到0.460 3dB;最大值平均值变化量达到0.578 7 dB,加入内焰射频强度最小值平均值变化量达到5.818 9 dB;最大值平均值变化量达到6.600 2 dB。实验验证得该系统对于火焰具有较好的传感性能。

基于微波光子滤波器射频强度的叶绿素检测研究

叶绿素的检测和监测在植物生理、水质状况、农业管理和生态系统健康等方面具有重要意义。笔者设计了一种基于微波光子滤波器(MPF)射频强度的叶绿素检测系统,该系统利用叶绿素质量浓度变化导致光纤端面反射率发生变化的原理,根据射频强度与叶绿素质量浓度之间的关系,实现对叶绿素的检测。该系统具有体积小、抗干扰能力强的特点,而且可以实现长距离检测。在该系统中,宽谱光源、微波信号源、掺铒光纤放大器、电光调制器、隔离器、光耦合器、光电探测器、频谱仪、光纤等构成了迈克耳孙干涉仪结构的微波光子滤波器。提取不同蔬菜的叶绿素溶液,采用该系统对叶绿素溶液进行检测,验证了其在植物叶绿素检测方面的可行性。采用该系统检测了叶绿素实验原液以及由叶绿素标准溶液配制的不同质量浓度梯度的叶绿素溶液,验证了射频强度与叶绿素质量浓度之间存在较好的线性关系,其中最大射频强度与叶绿素质量浓度的线性拟合度(R2)达到了0.9741,灵敏度为0.007881 d B/(μg·L^(-1)),最小射频强度与叶绿素质量浓度的线性拟合度达到了0.9841,灵敏度为0.02258 d B/(μg·L^(-1))。上述实验结果表明该系统在高质量浓度叶绿素和低质量浓度叶绿素情况下均具有较好的传感性能。