基于光纤传感技术的双波长参考测量煤矿瓦斯的研究

针对煤矿瓦斯事故频发的问题,分析研究了煤矿井下瓦斯气体浓度的监测及预警机理,提出基于双波长参考测量技术的用宽带光作光源,用可调谐光纤Fabry-Perot滤波器做波长扫描,通过与参考光路比较去除光源波动的影响,对瓦斯气体吸收波长和参考波长光强的比较测量瓦斯浓度的新方法。

波长参考FBG波长解调系统分析与设计

对利用波长标记法布里一珀罗标准具作为波长参考计算FBG波长的方法进行分析，设计了基于数据采集卡的FBG波长解调系统硬件电路及软件系统。测试结果表明，所设计的硬件电路与光路解调系统配合，可获得高质量法布里一珀罗标准具及FBG光谱信号，在15℃～60℃测量区间内，系统测量误差小于1．6667pm。

基于负热膨胀材料的光纤光栅波长参考器件研究

光纤传感及解调是近年来迅速发展起来的新型计量测试技术之一,而波长参考器件是基于F-P原理解调仪表中不可或缺的一个重要组成部分,在解调数据的差值计算中起着标准的作用。本文主要介绍了基于负热膨胀材料钨酸锆制作光纤光栅热稳定性波长参考器件的特性,介绍负热膨胀材料波长参考器件的工作原理,针对温度变化需求对其在整套仪表中的应用进行了实验分析。

基于复合波长参考的温度稳定光纤光栅传感解调研究

为实现温度稳定的光纤光栅传感解调,提出了综合使用法布里-珀罗（F-P）标准具和乙炔气室进行实时复合波长参考的校正方法。分析了F-P标准具透射光谱和乙炔气室吸收光谱的温度漂移特性。建立实验系统,测试了F-P标准具透射光谱的温度漂移特性,实验显示F-P标准具谱线平均温度灵敏度为1.16 pm/℃,谱线温度重复性误差可达13.0 pm。进行了基于F-P标准具单独参考和基于复合波长参考的解调温度稳定性实验,实验结果表明0℃~55℃的高低温循环,基于F-P标准具单独参考的解调值变化范围为±32.7 pm,标准差为20.7 pm,基于复合波长参考的解调值变化范围为±1.2 pm,标准差为0.39 pm,解调值变化范围温度稳定性提高了27倍。

探讨黄色物质吸收曲线参考波长选择

黄色物质吸收系数可表示为吸收系数曲线斜率经验值的函数。利用春季黄海海区现场测量的黄色物质光谱吸收系数数据 ,分析评价不同参考波长拟合吸收系数曲线斜率的差别和效果。结果表明不同参考波长拟合得到的斜率差别微小 ,并以 4 4 0 nm为参考波长的斜率在海区测量的应用效果最好。

合成孔径激光雷达系统中基于光谱吸收的波长定标方法研究

首先指出可调谐激光器输出光束的相位误差和波长重复度对合成孔径激光雷达成像质量的影响,针对这两个问题介绍了基于参考通道的合成孔径激光雷达系统结构。通过模拟参数计算分析了合成孔径激光雷达回波信号的特点,论证了对合成孔径激光雷达进行起始波长定标的重要性。介绍了氰化氢分子波长参考器的定标原理、定标流程以及安全性问题的分析。结果表明氰化氢分子波长参考器可以用于合成孔径激光雷达系统起始波长的定标,但需要进一步考虑实际使用中抗冲击震动的问题。

空间差分吸收激光雷达探测地表大气压力的波长选择

根据美国标准大气模型进行了蒙特卡诺模拟,仿真研究了大气温度的不确定性对大气压力探测带来的随机误差和系统偏差,发现在氧气的A带中选择764.765 nm和765.094 nm为探测波长online,选择位于两者之间的764.948 nm为参考波长offline,是获得较小探测误差的一种方案;优化的探测波长既不在A带的吸收线上,亦不在某两吸收线之间的凹槽中间,而是位于A带吸收线p13和p14线的侧翼,这一结果对于建立积分路径差分吸收激光雷达探测地表大气压力的遥感仪器,起到参考作用.

基于光纤传感的航天器结构应变参数精确测量

为实现空间高低温环境下航天器结构应变参数的精确测量,采用基于法布里–珀罗(Fabry-Perot,F-P)标准具和乙炔(C2H2)气室的复合波长参考的光纤测量方法,对可调谐滤波器透射波长进行校正,以保证解调精度。在解调过程中,采用自适应阈值法解决光源平坦度差引起的F-P标准具寻峰困难问题,并且基于时间预测性最大化原理对透过气室的光源信号进行盲分离,以提高气室波长校正精度。实验结果表明,该方法可实现在高低温环境下光纤传感器中心波长解调偏差小于3 pm,结构应变测量相对误差小于4%,能够满足实际工程应用中航天器结构应变参数的高精度测量需求。

基于多波段混合气体吸收谱线的波长标定方法研究

为实现光纤扫描光源宽调谐范围内输出波长的高精度标定,提出了一种基于多波段混合气体吸收谱线的波长标定方法。采用分段阈值二阶导极值法和洛伦兹线型拟合法从混合气体吸收光谱中提取多条谱线中心位置,以其波长和驱动电压为参考点对Fabry-Perot（F-P）可调谐滤波器的迟滞非线性特性进行二次多项式拟合标定。将C2H2在C波段的吸收带与CO2在L波段的吸收带相结合,选取了21条C2H2谱线和16条CO2谱线作为波长参考。将本方法用于C＋L波段的光纤光栅（FBG）波长解调,在0~60℃范围内波长拟合标准差小于3.3pm,线性相关系数大于0.999 8,系统稳定性误差小于2.6pm。

内陆水体后向散射系数模拟研究

在利用半分析方法结合光学闭合原理模拟水体后向散射系数的过程中,参考波长的选择对最终结果有较大影响.为了得出最佳参考波长的影响因子,利用太湖、巢湖和滇池的野外实测数据,对后向散射系数进行模拟,进而分析水体的最佳参考波长与其对应的水质参数浓度之间的变化规律.同时,建立了太湖、巢湖和滇池水体的后向散射系数曲线的幂函数光谱模型,获得的光谱指数分别为2.643±0.317、2.719±0.242、1.638±0.534.结果表明:①以整个湖泊为研究对象时,最佳参考波长随着湖泊水体中总颗粒物浓度cSPM、有机颗粒物浓度cSPOM和叶绿素浓度cCHL平均值的增大而向长波方向移动,太湖、巢湖和滇池水体的最佳参考波长分别为695、720和730 nm;②以单个湖泊的各个样点为研究对象时,由于内陆湖泊光学特性的复杂性,最佳参考波长的影响因子存在一定差异,但cSPM是一个共同的影响因子.此外,过高的cCHL将削弱水质参数浓度与最佳参考波长间的规律性;③在以无机颗粒物为主的水体中,后向散射系数与总颗粒物浓度之间存在更好的相关性,如在太湖水体中,R2达到0.852.