基于变步长扫描策略的FBG高速解调

现有的FBG高速解调方法都各有优缺点,其中扫描式光谱分析系统通用性好、成本较低,在速度和精度上的表现较为均衡。针对扫描激光器型光纤布拉格光栅波长解调仪在实际应用中调谐次数多、扫描耗时久等问题,设计了一种变步长扫描策略,使用较少的波长调谐次数实现光谱局部峰值的检出。实验表明,在通道内只有单个光栅的情况下,使用变步长扫描策略需要扫描的点数降低了至少90%,扫描耗时减少了90%,解调速度提高至10倍。在上位机对传输的局部光谱数据进行高斯拟合解调,并对变步长扫描策略进行信噪比仿真实验测试,仿真证明变步长扫描策略适用于信噪比高于9.23 dB的情况且对后续解调的精度和平均误差几乎没有影响,具有一定的应用价值。

基于四波前横向剪切干涉的波前传感技术与应用(特邀)

高科技的发展对精密干涉成像提出了更高的要求。在现代光学和生物医学领域,无标记成像技术不依赖于传统的染料或荧光标记,进行3D活细胞原位观察和分析,促进定量相位显微术的发展。在光学检测技术领域,对于干涉系统的现场化、实时化的应用具有迫切需求,如激光波前的瞬态检测分析、高速流场检测、自适应光学的检测和控制、高精度光学系统像差分析等都迫切需要一个紧凑型、抗环境干扰、瞬态成像的干涉系统。为此,针对针对这些需求,全面介绍了四波前横向剪切干涉相位成像技术的原理、发展历程、波前重构方法以及其广泛的应用。四波前横向剪切干涉仪能够通过在一个单一的干涉图中获取两个正交剪切方向的四个剪切波前来实现瞬态相位成像,由随机编码光栅和相位棋盘组成新颖的四波干涉传感器(Four-wave Interferometric Sensor,FIS4)。FIS4干涉传感器凭借其独特的优势,如紧凑性、鲁棒性、高时间分辨率以及与现有显微系统的兼容性,在生物医学、光学测量、材料表征等众多领域展现出广阔的应用前景。这一技术的发展不仅为相关领域提供了新的研究工具,也为跨学科的创新和发现开辟了新的可能性。

高速精确的光纤光栅信号解调方案设计

为提升光纤光栅的应用效果,为此,设计高速精确的光纤光栅信号解调方案。依据LPFG的光纤光栅信号解调原理,设计两个LPFG双边缘滤波器处理两路反射光,并且利用光电探测器探测光功率结果,以此解调光栅的中心波长;采用光纤干涉仪检测解调频率,对其进行正反扫描,依据光传播时延引起的解调误差和解调频率扫描方向之间的关联,完成解调结果补偿。测试结果显示:该方案具有较好可行性,光谱发生不同程度重叠时,光纤光栅信号的解调结果标准差均小于1.85 pm;光栅波长的解调误差均在-5~5 pm之间;有效降低解调误差,提升光纤光栅解调精度,可靠获取信号中的信息。

基于自适应非线性跟踪微分器的直线电机位置和速度检测方法

为了解决直线电机的位置和速度检测的问题,设计了基于激光器阵列的光栅传感器位置检测系统,提出一种利用非线性跟踪微分器的直线电机速度测量方法,对电机动子位置进行准确跟踪以及对动子的速度进行测量。针对传统的非线性跟踪微分器在一定速度下处理测量噪声干扰和相位延迟存在矛盾的问题,设计了一种自适应非线性跟踪微分器,其参数能够跟随电机动子的运动速度自动调整,频率特性分析证明了其良好的微分特性。仿真和实验结果均证明了所设计的直线电机光栅位置检测方法和自适应非线性跟踪微分器测速的有效性,在电机运行的全速范围内都能够很好地抑制测量误差以及滤波效应带来的延迟,获得全程精确且快速的电机动子位置信号和速度输出信号。

融合光纤传感与压电感知的列车结构健康监测方法

结构健康监测技术是提升列车运行可靠性、安全性,降低运营成本的变革性技术。针对列车转向架结构损伤诊断与寿命预测的需求,提出融合光纤传感与压电感知的转向架材料试样结构健康监测方法,并构建基于光纤传感的结构载荷识别方法,利用光纤测量的应变信息反演结构所受的外部载荷,识别结果可为结构寿命预测提供载荷输入。同时,研究压电感知Lamb波信号在不同裂纹长度下的变化规律,基于相关系数法建立用于表征裂纹长度的损伤指数模型,实现对结构裂纹损伤萌生、扩展全过程的损伤诊断。依据所提出的列车结构健康监测方法框架,对压电传感器实时诊断的结构裂纹损伤情况建立仿真模型,使用光纤传感器反演得到的外部载荷对仿真模型进行加载。最后,开展列车转向架构架材料试样的疲劳试验,结果表明:基于光纤传感的反演载荷与真实载荷间的相对误差为1.30%,损伤因子与裂纹长度相关系数达到0.97。研究成果可推进结构健康监测方法在高速列车上的工程化应用。

基于光栅阵列的列车高精度定位测速方法研究

现有轨道交通定位和测速方法易受到外界环境干扰,具有不稳定性。为了解决这些难题,结合光纤光栅绝缘、抗干扰能力强、耐腐蚀等特性,提出了一种基于弱光栅阵列的结合波分和光时域反射仪技术的高精度列车测速定位系统方案,通过密集型复用方式实现光栅点的绝对定位需求,并设计了根据不同光栅分区定位结果及其波长漂移规律来计算实时速度和位置的数据处理方法。为验证系统性能,搭建了模拟运行环境,进行了理论分析和实验验证。结果表明,该方案能实现厘米级的定位精度和1 km/h的测速精度。该研究在轨道交通方面具有广泛的应用前景。

光纤光栅传感器在电机风速测试中的应用

介绍了一种用于风速测量的光纤光栅传感器测试系统,利用光纤光栅与弹性薄片结合,采用误差分离的方法实现风速风压参数的分离与测量。

光栅位移传感器在高压开关机构位移测量中的应用

针对高压开关机构位移测量,采用计量光栅位移传感器,根据莫尔条纹原理测量机械位移,进而通过高速ADC进行数据采集,利用DSP来进行信号处理;同时提出了一种新的位移测量方法,可以完成高速鉴向和计数测量。与老式的测量方法相比,大大提高了精度。

嵌入式容栅传感技术及轴功率测试研究

针对旋转轴功率测试存在的传感器信号引线困难、安装空间受限、信号易受干扰的问题,设计了一种嵌入式容栅扭矩、转速传感器和测试系统。测试时在轴的两端分别安装容栅传感器,轴在受到扭矩时产生扭角,则两容栅的输出信号会产生一个相位差,通过测量相位差的变化得到扭矩。容栅传感器的差动结构提高了灵敏度减小了误差,容栅的嵌入式安装,将对被测轴的影响降到了最低。实验证明容栅传感器可靠性高,可以在环境要求严格的情况下长时间使用,并且无需通过滑环、无线或红外进行供电和信号的传输,克服了以上方式安装复杂、信号易受干扰的缺点。

DZL58-1.25/130/70型链条炉低负荷下的燃烧优化

链条炉低负荷运行时,存在热效率低、燃烧不完全等问题。燃烧优化可以达到节能减排的目的。本文认为链条炉的煤层厚度、炉排行进速度通过试验方法进行优化,是链条炉低负荷运行时实现燃烧优化的因素之一。结合在线仪表或采用烟气、煤质分析设备进行实际工况的热平衡测试,以烟气过量空气系数、炉渣含碳量、飞灰可燃物含量、热效率作为评判指标寻求优化值并在低负荷运行时执行。选用一台DZL58-1.25/130/70型链条炉在60%额定负荷运行时进行了煤层厚度、炉排行进速度的优化试验,得到优化数值并在运行中得到应用,使该链条炉低负荷运行时热效率有所提高,达到很好的燃烧优化效果。

位置伺服系统中角速度检测方法综述

位置伺服系统中先由位置给定量与反馈量的差值经过位置调节器的调节产生速度给定量 ,再由速度给定量与速度反馈量的差值经过速度调节器的作用最终实现准确的定位。由上述位置伺服系统的工作过程可见位置伺服系统中角速度的检测是非常重要的一个环节 ,而角速度的检测是由各种角速度传感器来完成的。正是基于速度检测在位置伺服系统中的重要性 ,本文介绍了位置伺服系统中常用的几种速度检测传感器 :测速发电机、测速桥、光栅等的结构、原理及其信号处理电路。

基于光栅信号的步进电机速度控制

在分析步进电机运行特性的基础上 ,讨论了步进电机运行时高速失步和低速波动的原因及其对策 ,研究了转换角和超前角在步进电机速度控制中的作用 ,采用改变光栅反馈脉冲当量角及延时调整转换角的方法进行速度的平稳调节 。

基于光纤光栅的叶片状态在线监测研究

随着旋转机械向着大型化、精密化方向发展,对设备运行状态检测水平也要求更高,在安全上、经济上的意义也更为重大。为了解决旋转叶片的检测的困难,以及易燃易爆、强磁场场所对检测传感器的干扰问题,文中采用光纤光栅传感技术从旋转速度对叶片固有频率和变形大小2个方面的影响进行研究。在旋转叶片实验检测中,采用在叶片表面直接粘贴光栅的方法对叶片进行了测试,测试结果表明,随着叶片旋转速度的增大,叶片的自振频率也在增大;波长变化的增大主要由叶片自振引起,旋转频率对波长变化影响不大。

线阵CCD在颜色测试中的应用

介绍了一种以线阵ＣＣＤ器件为多通道探测器的光源颜色快速测试系统。该系统采用平场凹面光栅为主要器件构成多色仪分光系统，测量全过程由微型计算机控制，实现快速、自动的光源能谱及颜色测量。具体给出了系统测试的原理、总体结构、软件和硬件配置，并提供了系统定标方法和实验结果。该系统具有广阔应用前景。

基于光纤传感技术的电力铁塔监测系统

构建了基于光纤传感技术的电力铁塔监测系统。阐述了监控系统的工作原理和软硬件设计,实现了电力铁塔的温湿度、导线温度和风速等参量的采集,数据通过OPGW传送到监控中心、通过GPRS传输到远程监控中心。监控中心显示并保存各参量,当数据异常时报警提示。

超高速回转轴转矩测试原理与动态特性分析

采用平面光栅式转矩测量的方法来测量航天叶轮泵超高速回转轴的转矩。通过弹性扭轴把扭矩转换成转角,再通过光栅盘把转角转换成光脉冲,经光电转换和数据处理以数字信号的形式输出。对量子化误差、转速的获取、转轴的超高速对转盘和弹性轴设计的影响等关键技术提出了对策。分析了系统的动态特性,提出了减小系统动态误差的措施。与现有的转矩测量仪器相比,该系统可对100 000 r/min以上的超高速转轴进行测量,具有较高的测量精度和可靠性,动态误差小。

基于USB2.0的CCD高速光栅检测系统的设计

提出了一种基于USB2.0接口的高速光栅自动检测系统的软硬件设计方法。利用CCD作为数据采集元件,结合国家半导体公司的扫描仪控制芯LM9812和Cypress公司的USB接口控制芯片CY7C68013实现数据的高速采集与处理。介绍系统的固件和USB驱动以及客户程序的开发。

基于色散补偿光纤的高速光纤光栅解调方法

本文提出并论证了一种光纤光栅高速解调的新方法,利用色散补偿光纤的色散效应,将光纤光栅的波长漂移信息转换成时域信息.采用脉冲激光器作为光源,仅需一个光脉冲可获取单根光纤上所有光纤光栅的反射光脉冲,再根据各个光栅反射回光脉冲的延时变化即可实现波长的解调.本方法可用于准分布光纤光栅传感网络解调,系统采用全光纤结构,无需波长扫描,大大提高了解调速度.本文搭建了测试系统进行实验验证,对3个光纤光栅组成的准分布式传感网络进行了解调,实验结果表明,解调出的光纤光栅布喇格波长线性度好,解调速度最高可达1 MHz,采样数据取10次平均后解调线性度可达0.9969,解调误差约为27.8pm.

精密直流电机转速测量

为了提高电机转速测量的精度,在分析传统的频率法和周期法测量电机转速的基础上,提出了一种在宽范围内测量精度都比较高的直流电机转速测量方法,即截断法测速。截断法使用dsPIC33FJ256MC710F单片机和倍频电路在等周期内测量光栅脉冲数的基础上,对脉冲的截断误差进行测量,能够有效提高光栅脉冲的测量精度并且控制简单容易实现,试验结果表明,截断法测速的精度可以达到20×10-6。

超声光栅测声速实验的量化分析

对超声光栅测声速实验中声光光栅的光栅常数取值问题进行了分析,同时说明了该实验中声速测量结果与光栅常数取值无关。