光纤法珀传感器的改进型相位生成载波法解调

为解决相位生成载波-反正切解调算法(PGC-Atan)的非线性失真问题,搭建了基于改进型PGC-Atan算法的非本征型法珀传感器(EFPI)解调系统。首先,理论分析了载波相位调制深度(C)偏离最优值、伴生调幅、载波相位延迟等非线性因素对经典PGC-Atan算法中参与反正切运算的正弦与余弦两路信号的影响。然后,针对外调制或伴生调幅较小的情况,提出了一种基于系数补偿的改进型PGC-Atan算法(PGC-CC-Atan)。该算法通过构造与C值和载波相位延迟有关的系数,消除反正切运算中的非线性参数。针对内调制情况,提出了一种基于椭圆拟合的改进型PGC-Atan算法(PGCEF-Atan)。该算法通过基于分块矩阵的最小二乘法拟合椭圆并提取3个椭圆参数,进而将受非线性因素影响的正弦与余弦两路信号校正为正交信号。最后,通过仿真验证了改进型算法的正确性,并采用高调制特性的垂直腔面发射激光器(VCSEL)和常规腔长的EFPI等搭建PGC解调系统,对比经典PGC-Atan算法与两种改进型算法的解调性能,证实了改进型算法非线性失真抑制的有效性。实验结果表明:一定C值范围内,两种改进型算法可在非线性因素影响下有效解调。PGC-EF-Atan算法相较于PGC-CC-Atan算法,解调信纳比提升了11.602 dB,总谐波失真降低了10.951%。两种改进型算法中,PGC-EF-Atan算法对非线性失真的抑制效果更好,且解调线性度良好,准确度高。

高分辨率光纤法珀传感器解调系统设计

光纤法珀传感器的腔长测量精度取决于解调系统的分辨率,现有的解调系统的分辨率多大于10 nm,难以实现10 nm以内腔长变化的测量。针对该问题,提出了以7 450像元数的线阵图像传感器为基础搭建解调系统,通过硬件设计与软件算法提高特征信号质量,完成腔长数据提取,实现了一种高分辨率光纤法珀传感器解调系统。实验结果表明,该系统在0~20μm的腔长测量范围内,实现了2.7 nm的光学分辨率,精度达到0.013 5%FS。

基于MG-Y激光器的光纤法珀传感器信号处理系统

针对目前光纤法珀传感器腔长解调系统复杂的问题,提出了一种以MG-Y可调谐激光器为扫描光源的光纤法珀传感器信号处理系统。该系统利用FPGA主控芯片驱动MG-Y激光器实现C波段的线性扫描,同时将光谱信号以触发采样的方式转化为电学信号传送到上位机,设计LabVIEW上位机实现傅里叶频率测量法与最小二乘拟合法运算,最终完成传感器腔长的解调。在实验中使用该系统对不同腔长的光纤法珀传感器进行解调运算,并将解调结果与光谱分析仪解调结果进行对比,实验表明二者具有较好的一致性,在不损失精度的情况下实现了解调系统的小型化。

用于液体介质中局放声测的非本征光纤法珀传感器

用膜片与光纤尾纤端面构成非本征光纤法珀传感器,测量液体介质中局部放电产生的声波,所组成系统具有全介质结构和抗电磁干扰能力。采用尾纤分别与石英膜和微电子机械系统(micro electronic mechanical systems,MEMS)工艺获得硅膜制成传感器,根据理论分析和计算机仿真结果建立确定传感器参数的方法。应用压电超声传感器与两种膜片的光纤传感器共同测量局放产生的声发射信号。实验结果表明,硅膜结构的非本征光纤法珀传感器最小可测放电量达到了150pC,实验同时验证了法珀腔长工作点对测量灵敏度的影响。

光纤法珀传感器及其在桥梁应变监测中的应用

应变是反映桥梁健康状况的重要参数,将光纤法珀传感器埋入混凝土结构内部,作为桥梁应变的智能传感元件,它与光开关、光纤应变解调仪、计算机等组成应变测量系统,可以实现桥梁应变自动监测。目前,该系统已经安装在重庆大佛寺长江大桥上,监测数据表明光纤法珀传感器的稳定性和可靠性好,能够用于大桥应变的长期监测。

光纤法珀传感器解调系统的设计

光纤法珀传感器具有测量精度高、动态范围大、可单端检测等优点。针对白光干涉型法珀传感器,设计了一种基于体光栅的光纤传感器解调系统。该系统采用高性能体光栅和线阵CCD阵列实现了光谱的采集,并结合高性能数据采集卡和PC机进行信号的处理和输出。测试结果表明该解调系统的温度测量精度在±1℃以上。

光纤法珀传感器光楔式解调系统设计

为了实现光纤法布里-珀罗(简称法珀)传感器腔长的解调,提出一种新型光楔式非扫描相关解调系统,对该系统所采用的器件特性及结构进行分析研究。首先,通过模拟不同光谱分布的光源及不同表面反射率的光楔,分析其相关干涉信号并给出系统器件的最优化结构参数。接着通过对比鲍威尔棱镜与柱透镜在线阵CCD上的光强分布特性,实现更均匀的光谱分布。最后,给出解调系统的具体实施方案及数据处理方法。实验结果表明:光源光谱具有高斯分布且谱宽较大及光楔表面反射率R=0.5时,相关干涉信号特征明显,便于解调。最终解调系统实现在60~100μm腔长范围内误差小于0.025%的解调。这种光楔式非扫描相关解调方案可以实现光纤法珀腔的传感解调,并可以提高不同类型光纤法珀传感器功率适应性。

法珀传感器技术综述

光纤法珀传感器在众多领域有着广泛的研究和应用。与电传感器相比,光纤传感器具有一系列独特的优点;灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、耐潮、电绝缘性好、防爆、便于和光纤传输系统组成遥测网络等。通过对国内外光纤法珀传感器领域的相关专利进行分析,了解国内外在该领域的发展状态。

小型化四通道光纤法珀传感器解调系统设计

针对目前多通道光纤法珀压力传感器解调系统体积大、功耗高的不足,提出一种通过MEMS光开关快速连续切换实现四通道解调的方法,选用了一款低功耗CMOS图像传感器S11639并搭建了以FPGA为核心的硬件解调电路,通过编写S11639及AD9826驱动程序完成多通道切换逻辑约束以及干涉光谱的采集,最后经过数据处理和传输部分将各通道所接传感器的腔长在上位机中实时显示。利用标准解调仪器确定标定系数并对4个通达所连接的压力传感器进行腔长的实际测量,腔长测量过程中均无跳点,说明设计的四通道解调系统标稳定性较好,误差较小。根据测量数据计算出每个通道的非线性度,4个通道中最大的非线性度为0.93%,同时每个通道的解调速度也能够达到10 Hz。

光纤法珀差压式流量传感器设计与实验研究

基于流体流动的节流原理,以孔板作为节流装置,2支光纤法珀压力传感器作为差压信号测量装置,研制了1种高精度光纤流量传感器。通过孔板两端压力传感器的压力差来测量流量,在质量流量测量范围0~100 g/s内,得到关于流量和压差开方的线性方程,其线性拟合准确度达到0.99995。研制的光纤流量传感器具有耐高温、抗电磁干扰、体积尺寸小巧、传感器端无源、测量精度高等优点。

离散腔长变换解调光纤法珀应变传感器并联复用的研究

基于光纤法珀应变传感器的基本原理,阐述了两只光纤法珀应变传感器并联条件下的组合输出信号。讨论了离散腔长变换的方法用于复用组合输出光信号进行解调的原理。最后,通过计算机仿真和实验验证了此方法的可行性。

光纤法珀声发射传感器的双波长优化稳定方法

提出一种采用优化设计方法改进的双波长稳定方法，能解决光纤法珀声发射传感器输出信号衰减与失真问题。分析双波长稳定原理并建立稳定优化模型。设计光纤法珀声发射传感器的双波长稳定方案，采用1×2密集波分复用器产生两路处于正交状态的输出信号，波分复用器滤波波长用优化模型求解。试验结果表明这种稳定方法具有无源与精度高的优点，当法珀腔长度变化范围为0～2μm，双波长最大正交误差为11％，能满足光纤法珀声发射传感器工作点的稳定要求。

基于蓝宝石晶片的光纤法布里-珀罗高温传感器

提出并研制了一种基于蓝宝石晶片的光纤法布里－珀罗（法珀）高温传感器．该传感器采用斜端面蓝宝石光纤作传输波导，蓝宝石晶片作法珀干涉仪，“陶瓷插芯－陶瓷套管”结构做为传感器的固定结构．通过傅里叶变换－最小均方差联合算法解调传感器的反射光谱，实现了20℃～1000℃范围内的温度测量，测试准确度为±2．5℃．该传感器具有体积小、成本低、制作简单以及重复性高的优点，可用于高温环境下稳定、精确的温度测量．

光纤法珀应变传感器并联复用实验研究

讨论了两个光纤法珀传感器的并联复用的原理和信号的傅里叶解调方法,设计了两个法珀传感器的并联复用系统,并进行并联复用实验.采用一元线性回归分析方法对三组典型实验系统的实验数据进行处理分析.实验结果表明,并联复用中同一组传感器信号没有发生明显的串扰,实验结果符合理论推导,波动范围小于2.4%,精度达到4.7με.

光纤法珀应变传感器串并联混合复用的离散腔长变换解调研究

光纤法珀传感器复用的输出信号复杂,解调相当困难.为实现其串并联混合结构复用,根据光纤法珀应变传感器的双光干涉原理,阐述了传感器串并联混合复用的输出信号特征,分析了信号中各项成分对离散腔长变换方法解调结果的影响,并进行了计算机仿真.最后搭建实验平台,进行了四个传感器串并联混合复用的实验研究,证明该方案可行,解调准确度1μm.

光纤法-珀传感器监测混凝土固化期收缩应变的实验研究

本文介绍了光纤法 -珀应变传感器的基本原理及优点 ,并用其进行了混凝土固化过程中的收缩应变监测实验 ,在混凝土两天的固化过程中监测到了 1 3 0微应变的收缩应变 .本文还对光纤法 -珀应变传感器的温度稳定性能进行了理论分析及对比实验 ,实验结果表明 ,在一定条件下环境温度对光纤法 -珀应变传感器的影响可忽略不计 ,因此可不用任何温度补偿 .

非本征法珀型超声传感器输出信号的特征

根据多光束干涉原理制备了非本征光纤法珀(FP)型传感器,用于测量在液体中传播的超声波,分析了传感器灵敏度和幅频特性的影响因素,研究了其输出信号的特征。用镀膜的石英膜、尾纤端面和空气腔形成FP干涉腔。建立了传感器参数确定的方法,对石英膜的幅频特性进行了理论分析和实验验证。最后,建立了非本征光纤FP超声测量系统,讨论和验证了不同工作点状态对系统输出信号特征的影响。实验结果表明,本文制备的非本征法珀型超声传感器可以进行液体中超声的测量;传感器的一阶谐振频率为140 kHz,灵敏度为0.005 nm/Pa。该传感器的输出信号特征决定于工作点状态及输入信号的调制深度,当工作点位于工作曲线的线性区中点时,输出信号的灵敏度最高;当过调制时,输出信号出现倍频,可以扩大测量范围。

光纤法-珀传感器并联复用的互相关解调

为了实现光纤法-珀传感器并联复用信号的高精度、绝对腔长解调,提出了一种改进的互相关解调法。该方法采用了特殊的相关因子,使得它与复用输出信号的互相关函数在传感器各腔长处为单峰从而有利于腔长比较接近的传感器的分辨;采用分段黄金搜索法减少了计算量,解调速度快。在宽带光源、光谱仪等组成的解调系统中对两只传感器复用进行了实验验证,结果表明:该系统可以实现光纤法-珀传感器并联复用信号的解调,能分辨的传感器之间的最小腔长差小于6ìm,腔长波动小于0.07ìm。

基于法珀腔光纤传感器的光纤智能夹层的研究

法珀腔光纤传感器是一种适合于智能结构自诊断系统的光纤传感器。在理论分析了法珀腔光纤传感器的基础上,对一种模块化的光纤自诊断系统——光纤智能夹层进行了研究,并对基于光纤法珀腔传感器的光纤智能夹层试件进行了四点弯曲试验。结果表明,光纤智能夹层具有易于制作,使用方便等诸多特点;智能夹层中光纤法珀腔传感器的应变与载荷之间具有良好的线性关系。利用智能夹层中的光纤传感器网络和先进信息处理技术,可以建立结构损伤主动、在线和实时监测系统。

基于M-Z干涉仪的光纤法-珀传感器解调方法

该文研究了一种基于马赫-曾德尔干涉仪(MZI)结构的光纤法-珀(F-P)传感器扫描式互相关解调方法。解调系统中的光源采用C+L波段放大自发辐射(ASE)宽带光源,用于匹配F-P腔的MZI采用可调光纤延时线与压电陶瓷(PZT)式光纤相位调制器等集成光学器件构成,解调系统整体实现相对简便。实验中搭建的MZI,其臂长差在16.8 cm范围内连续可调,并可在15μm范围实现重复扫描,扫描速度达到50 Hz。理论仿真分析及实验验证表明,该套解调系统可以实现对F-P传感器的信号解调。