耐高温光纤Bragg光栅的响应特性研究

以耐高温光纤光栅和普通的光纤光栅为实验研究对象,研究了其高温特性。普通的FBG,当温度超过300℃以上,光纤光栅已变黑变脆,虽然有传感特性,但已不能在实际中应用;通过对耐高温光栅裸栅进行300℃以上的高温实验,发现耐高温FBG处于20℃-350℃之间时反射波长与温度之间有着良好的线性关系,且光栅性能良好,没有出现被碳化现象,灵敏度为0.01 nm/M Pa;随着温度进一步升高,FBG反射波长与温度开始呈现非线性关系。实验结果表明,耐高温光栅适合于高温油气井下应用。

波分复用分布式FBG传感网络

提出并实现了一种可满足工程实用要求的波分复用光纤光栅传感网络解决方案,系统通过可调谐光纤F P滤波器的连续扫描实现波长信号的解调,该传感系统扫描带宽50nm,单点工作带宽5nm,对一般应用系统每根单纤可设20～30个点,系统最高扫描频率200Hz,分辨力5pm(约5×10-6或0.5℃)。

A Practical Detection System of Multiplexed Wavelength Fiber Bragg Gratings

A practical demodulation of multiplexed wavelength FBGs is proposed. The detection wavelength of adjacent FBGs and the wavelength resolution are discussed. Experimental results show the wavelength resolution is 0.01nm and strain resolution is 8.27× 10-6.

光纤Bragg光栅校准可调谐F-P滤波器解调系统的研究

基于可调谐光纤（TF）Fabry-Pent（F-P）滤波扫描传感光纤Bragg光栅（FBG）反射的原理，针对可调谐光纤F-P滤波器的透射波长与驱动电压的非线性与不重复性，提出一种新颖的利用置于恒温箱内的FBG来提供波长参考，得到光纤F-P滤波器小范围内的电压-波长线性关系，对一温度传感器进行了试验检测，在30-130℃范围内，系统的平均偏差为0．52℃。

一种实时校准的光纤Bragg光栅传感器解调系统

为了提高光纤Bragg光栅(FBG)传感器阵列的信号解调精度,基于窄带光源问讯解调原理,提出了引入带标记热稳定标准具模块来实现实时校准的方案,利用12位A/D采集模块将信号采入计算机,在虚拟仪器软件LabVIEW下处理信号,峰值检测方法为分段寻峰。实验表明:该方案对FBG传感器中心波长位移的最大解调精度为1 pm,相对于无实时校准模块方案下的解调精度提高了10倍以上,在应变为1×10-4的范围内,测量误差小于1.5×10-6。

分布式FBG波长解调系统的试验研究

设计了一种分布式FBG波长解调系统,采用可调谐光纤F-P滤波法对FBG的波长传感信息进行解调,使用高速采样卡对信号进行采集,分析。给出了阶段性试验的结果,并提出了改进系统分辨力的方法。

双光纤Bragg光栅波长探测与解调技术

双光纤光栅可以用于光纤光栅传感器中波长移动的探测与解调,提出了一种新的解调方案并对几种可能的解调方案进行了实验对比。结果表明,在宽带光源光谱全功率较小的前提下,利用双光栅透射谱的相关及双光栅透射谱和反射谱的卷积都能实现波长移动的探测与解调,前者有更好的信噪比。而因为系统损耗过大,利用双光栅反射谱的相关不能探测与解调光栅中心反射波长的移动。双光栅波长探测与解调技术将波长的移动转化为相对光强极值的探测,避免了光纤光栅传感器中使用光谱仪等价格昂贵,体积庞大,使用不方便的光谱探测器件,有利于光纤光栅传感器的实用化。

基于电磁力的FBG电流传感器研究

利用通电螺线管与永磁铁之间的作用力，提出了一种测量电流的方法。光纤Bragg光栅（FBG）在永磁铁的牵引下发生轴向应变，引起Bragg中心波长的漂移，通过解调中心波长漂移量对电流进行测量。实验中采取多匝数螺线管和小电流来模拟大电流，对0—3A的直流电流进行了测量。实验结果表明：中心波长漂移量与电流有很好的线性关系，线性度为0．9998，电流灵敏度约为0．97nm／A。

FBG波长高精度解调的研究进展

在恶劣的环境下能准确地检测出光纤布喇格光栅(FBG)波长对工程监测非常重要。综述了在不同的解调系统中提高波长解调精度的方法和波长信号处理方法,主要介绍了基于可调谐激光器、可调谐滤波器和光谱仪的解调系统提高波长校准精确度的研究进展,分析了信号解调过程中的算法对FBG传感解调性能的影响。

基于高速动态光栅解调系统的FBG等强度悬臂梁振动传感特性研究

研究基于高速动态光栅解调系统的光纤Bragg光栅（fiber Bragg grating,FBG）等强度悬臂梁振动传感性能,分析FBG等强度悬臂梁与振动传感的基本原理和传感特性。结果表明：当压电陶瓷的输出频率接近等强度悬臂梁的谐振频率时,传感器的输出振幅最大;相同频率下,等强度悬臂梁厚度为0.3mm时响应度最大,平坦响应范围为10Hz-60Hz,平坦区的加速度灵敏度为51.25pm/（m·s^-2）,最大加速度灵敏度为416.81pm/（m·s^-2）;相同振动频率下,波长漂移幅值与振动幅值具有良好的线性关系,线性相关度为0.998,时域波形信号的FFT变换主频分量占80%以上。

基于平衡PZT法解调的FBG传感器

提出了一种基于压电陶瓷叠堆驱动参考光纤Bragg光栅(FBG)扫描滤波的FBG传感器波长解调机构,设计了对称结构U型金属支架结构,并采用两侧粘贴光纤光栅的方式,同时对光纤光栅施加相等的预应力,这种结构扩展了解调光栅的扫描范围,平衡了压电陶瓷叠堆所受的拉力,增强了其运行可靠性,提高了扫描线性度。实验结果显示:在0～200 V的电压范围内,电压和波长移动之间具有良好的线性关系,线性调谐的波长范围约为3.8 nm,解调灵敏度为0.0097 nm/V。利用本系统对温度和压力光纤光栅传感器进行解调测试,解调结果与其特性相符。

一种新型用于智能服装的FBG嵌入式人体温度检测算法

研究了智能服装人体温度的检测。通过可调谐Fabry-Perot滤波器,实现了波长的解调,首先对数据进行FBG反射波加窗、加权平均,然后用最小二乘法对F-P滤波器的特性曲线拟合。实验表明,在相同精度条件下该算法的采样点数比传统算法减少了10倍。基于该算法实现的人体温度检测系统的精度可达0.10C,温度采样频率为1Hz。因此本文的方法适用于在嵌入式系统中对Bragg波长的解调。

基于TS-DFT高速光谱解调的FBG温度分布检测

基于时间拉伸-色散傅里叶变换(time-stretch dispersive Fourier transformation,TS-DFT)技术实现了光纤布拉格光栅反射谱高速解调。解调系统由锁模激光器、环行器、色散补偿光纤、参考光栅、传感光栅以及数据采集和处理模块组成。实验得到了传感光栅在不同温度场下的时域映射光谱,通过与光谱仪测量光谱对比,验证了系统高速光谱解调能力,解调速率为51.2 MHz。结合光谱反演算法得到了沿光栅轴向的温度分布,空间分辨率为200µm,实现了传感光栅高速、高空间分辨率温度传感。

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。

光纤布拉格光栅波长解调系统的研制

光纤布拉格光栅波长解调系统利用光纤光栅的平均折射率和栅格周期对外界参量的敏感特性,将外界参量的变化转化为其布拉格波长的移动,通过解调布拉格波长的偏移来确定待测物理量的变化。采用波分复用技术构成光纤光栅传感网络,提出了由光源、布拉格光栅传感网络、光栅波长检测电路构成FBG波长解调系统的硬件设计方案。利用LabVIEW丰富的功能函数库,设计光纤布拉格光栅波长解调系统软件的各功能模块。最后在室内进行了FBG波长解调系统的调试实验。结果表明:在相同测试环境下,传感器的测试波长变化较稳定,数据的重复性较好,系统软硬件运行稳定可靠。

基于可调光纤F-P滤波器解调的分布式光纤光栅传感系统

提出并实现了一种可满足工程实用要求的波分复用光纤光栅传感网络解决方案,系统通过可调谐光纤F-P滤波器的连续扫描实现波长信号的解调.该传感系统扫描带宽50 nm,单点工作带宽5 nm,对一般应用系统每根单纤可设20-30个点,系统最高扫描频率200 Hz,分辨率5 pm(约5με或0.5℃).

光纤光栅传感系统信号解调新技术研究

信号解调是光纤光栅传感系统实用化所面临的最大难题,其核心问题在于设计高分辨率、低成本的波长检测方案。总结了光纤光栅传感信号解调的一般原理和技术难点,对常用解调方法进行了分类和归纳。目前报道的主要解调方法是滤波法、干涉法和可调光源扫描法。针对不同的解调方法,重点介绍了它们的工作原理及性能特点,评价了其优缺点,并分别给出了它们的实验原理图。对目前最有应用前景的可调谐F-P滤波法进行了详细的介绍和分析,并加入了对原有方案的改进,用气体吸收池代替原来的参考光栅。

基于FMCW技术的光纤光栅振动解调系统设计及复用特性分析

基于连续波调频技术(FMCW)及2×2、3×3耦合器的原理,设计了一种光纤光栅振动解调系统.对系统复用特性进行了理论分析,并通过仿真实验分析了传感光栅位置系数k、调制频率的最大值Δf、压控振荡器的控制参量fs对系统复用特性的影响,同时构建了相应的系统,对所设计的系统进行了实验验证。

基于长信号谱自相关的光纤光栅传感解调方法

针对光纤光栅传感领域波长高精度探测和传感复用光栅数量增多的需要,提出一种基于长信号相关谱的新型光纤光栅数字解调技术.该技术在可调谐滤波法的基础上,通过传感光栅与调制光栅反射谱卷积后的信号,即光电探测器的光强时间信号,进行自相关分析以实现对波长漂移的测量以及对传感光栅反射谱形状的识别,增强系统的复用能力,提高了性价比.模拟仿真表明,光纤光栅长信号相关数字解调方法可以准确测量光纤光栅波长的漂移,能更好实现传感复用.等强度悬臂梁实验验证该解调方法能实现光栅应变的高精度测量,优于传统的应变片测试.

基于调谐滤波的光纤光栅解调技术研究

用宽带光源和自主研制的波长选择器IPD构成可调谐窄带光源,对测量光纤光栅阵列和参考光纤光栅进行波长扫描,借助光电探测器和DSP信号处理系统实现复用传感系统的解调。采用梳状滤波器进行波长校准,大大提高其检测精度。实验表明:该解调方案是可行的,且可获得较高的信噪比和测量精度,每个通道具有对15个以上FBG进行寻址解调的潜在能力。