高精度光纤光栅波长解调方法研究综述

光纤布拉格光栅传感器采用波长变化反映被测量大小,因此提高光纤光栅的波长解调精度具有重要意义。传统解调方法大多结构单一导致性能受限且对于重叠谱和畸变谱的测量精度欠佳,限制了解调精度的提升。高精度波长解调方法主要解决系统温度稳定性差和寻峰精度低等问题。文章介绍了光通信中光纤光栅波长解调技术的应用,综述了近几年高精度光纤光栅波长解调方法,包括参考光纤光栅、迈克尔逊干涉仪和气室的硬件方法,以及基于神经网络和基于粒子群的软件方法;阐述了每种解调方法的原理以及在光纤光栅传感领域应用时的优缺点,分析了光纤光栅解调方法存在的问题及发展趋势。

基于一种高精度解调法的布里渊温度传感系统

针对采用瑞利散射和布里渊散射强度解调的分布式光纤布里渊温度传感系统中存在的系统温漂及光纤应力等噪声因素影响,提出了采用多个已知分段温度分布曲线来解调待测温度分布曲线,取其平均值作为测量值的新方法。系统实验表明,采用该解调法的分布式光纤布里渊温度传感系统能有效提高测温精度和稳定性,降低系统成本,系统的测温精度达到±0.07 K。

多频生物电阻抗高精度模拟解调技术的研究

在多频生物电阻抗模拟解调技术中,针对正交解调中需要预先测量或定标参考信号的幅值,从而引入额外测量误差的问题,提出了基于3路模拟乘法器和低通滤波器的幅值和相位独立解调法。该方法采用2路正交输出求取相位,用1路单独求取幅值。其优点是不需要对参考信号的幅值进行精确测量或定标,只要满足正交解调中的参考信号在相同频率下幅值相等即可,在高精度、多频生物电阻抗测量中具有较好的应用前景。

光纤光栅非平衡M-Z干涉解调技术研究

介绍了一种基于直流相位跟踪零差法的非平衡Mach-Zender干涉解调系统的工作原理,设计了一套光纤光栅解调系统,并通过实验分析了该系统的应变精度为8.17×10-3με;对压电陶瓷产生的振动信号进行检测,取得了很好的实验效果。实验结果证明,它有良好的动态性能,适合于精密测试中动态信号的检测。还讨论了影响解调精度的主要因素。

人工智能技术的光栅谱形复用解调研究

光栅谱形复用解调研究具有重要的意义,针对当前光栅谱形复用解调方法存在的一些局限性,以提高光栅谱形复用解调精度为目标,提出了基于人工智能技术的光栅谱形复用解调方法。首先分析光栅谱形复用解调的原理,找到影响光栅谱形复用解调效果的重要影响因素,然后采集光栅谱形复用解调信号,采用人工智能技术建立光栅谱形复用解调模型,并与其它方法进行了光栅谱形复用解调对比实验。实验结果表明,与现有方法相比,本方法的解调用时较短,仅需0.29 s,其解调精准度能够达到92%,说明该方法具有精度高、速度快的优势,可有效完成光栅谱形的复用解调。

光纤光栅高精度解调算法研究进展综述

光纤布拉格光栅传感器采用中心波长的变化反映被测量的变化,因此提高光纤布拉格光栅波长的解调精度具有重要意义。传统的解调算法大多抗噪性能差、解调精度有限,且无法对重叠光谱和畸变光谱进行精确解调,限制了解调系统的发展。高精度解调算法主要解决抗噪性能差、寻峰精度低等问题,能够实现传感器网络的精准解调。本文介绍了光纤光栅的传感原理,说明了光纤光栅的主要类型和制作方法。综述了近几年高精度光纤光栅波长解调算法,分单峰检测寻峰算法和多峰检测寻峰算法两种类型阐述了每种解调算法的原理和优缺点,并对未来的光纤光栅高精度解调算法进行了简要分析和展望。

边带峰值反射率拟合的光栅特征提取技术

针对高精度测量的要求,探索性地提出了一种多峰值反射率拟合的解调新方法。讨论了Levenberg-Marquardt算法在边波带峰值反射率拟合中的应用。根据光纤布拉格光栅对多波长光源的反射作用,研究光栅反射中心波长与各阶光边波带峰值反射率之间的关系模型,利用Lebenberg-Marquardt算法对光栅反射光谱进行特征提取得到特征参量表征传感信息。初步实验证明了该高精度解调方案的有效性和可行性,并分别获得了0.1℃的温度分辨率和0.5的应变分辨率,对高精度光栅传感系统的研制具有一定的供参考价值。

电容式高频振动幅值测量方法研究

针对超声疲劳试验中20 kHz以上的高频振动幅值的测量问题,提出一种电容式高频振动幅值测量方法,并构建了基于该方法的测量系统。文中以振动信号处理为主线,设计基于调幅式的振动解调电路,实现传感器信号的高精度解调;设计频率自适应数字滤波器实现解调信号的动态滤波;设计基于Hilbert变换实现数字包络检波器完成振动信号幅值的精确求解。对基于此方法测量系统的精度和测量范围进行了实验验证,实验结果证明,此系统具有较高的精度和较大的测量范围,其精度优于0.3%F.S.,振幅测量范围最大可至100μm,动态频响超过20 kHz。

光纤法布里-珀罗传感解调中信号非线性失真的影响研究

研究了光纤法布里-珀罗（F-P）传感解调中CCD非线性失真及其对解调的影响。测试CCD响应特性并建立拟合模型,仿真分析了不同噪声下的非线性失真影响。结果显示解调出的绝对相位标准差随着非线性失真率的增大而逐渐增大;且随着噪声增加,产生解调干涉级次跳变的非线性失真率减小。利用搭建的光纤F-P压力传感系统研究了信号非线性失真的影响。实验结果表明固定压力下的非线性失真率随着光功率的增加而增加,非线性失真率大于26.3%后会出现解调干涉级次跳变,实验与仿真结果一致。非线性失真率在0.3%～22.3%范围内的满量程压力解调结果显示,随着非线性失真率的增大,解调精度逐渐降低。非线性失真率为22.3%时解调最大误差为0.215 kPa,相比非线性失真率为0.3%时增大了1.24倍。要保证满量程范围内解调精度优于0.04%,非线性失真率应小于6.7%。