单轴分布式光纤传感器管线泄漏探测方法及定位理论分析

利用Sagnac干涉原理的分布式光纤传感器是一种可用于长途油气管线侵入、泄漏探测和定位的新技术.为了克服屏蔽和隔离Sagnac光纤环中未用作传感的那一半光纤所带来的屏蔽困难、成本增加等问题，提出一种单轴分布式光纤传感器的方法.其原理是利用一条光纤代替光纤环，并在光纤尾端设置法拉第旋转镜，构成偏振无关Sagnac干涉仪探测和定位管线泄漏.文中详细分析和讨论了该方法的系统光路和探测定位原理.     

反射式Sagnac干涉光纤电流互感器的传感头误差研究

阐述了反射式Sagnac干涉型电流传感器的原理,对Sagnac型光纤电流传感器进行了深入的理论研究,建立了完整的系统理论模型。采用偏振系统的Jones矩阵对反射式Sagnac干涉型电流传感器的偏振误差进行了研究,并对光纤传感头中的线性双折射、圆双折射对测量准确度的影响进行了模拟分析,从理论上得到了反映影响规律的曲线。仿...     

一种3×3Sagnac光纤高压电流传感器的设计

提出了一种新颖的光纤干涉型电流传感器结构 ,对其工作原理进行了分析 ,导出了其光路部分的数学模型 ,并通过实验验证了该传感器设计的合理性。与法拉第磁光效应的光纤电流传感器相比较 ,该传感器能自动补偿光纤固有的双折射和温度等环境变化产生的干扰以及光源幅度噪声的影响等优点 ;与一般干涉仪相比其工作动态范围可以扩大数百倍。     

干涉光纤电流传感器

提出了一种新型的高压电流光纤传感器,由Sagnac干涉仪和光路构成,采用Labview编写虚拟仪器的测试端软件。该系统利用法拉第效应,借助电子电路,获得干涉后输出光强信号中一次谐波成分,就可以将高压母线中待测电流的大小和相位分量测出。由于采用的新颖的双光路设计,与通常的干涉仪相比该系统的动态测量范围扩大数百倍,而且系统不受外界缓变量的影响。     

光学玻璃电流互感器中互易性问题的理论研究

针对“折返式光路在可使Faraday效应加倍的同时消除线性双折射的影响”的说法，导出了具有折返光路的正交共轭反射式（OCR式）、直接反射式（DR式）及屋脊棱镜反射式（RPR式）光学电流传感器模型的等效传输矩阵.结果表明，当不存在法拉第效应时，OCR式折返光路可以消除线性双折射影响,DR式以及RPR式折返光路不能消除线性双折射的影响；在法拉第效应与双折射同时存在时情况下，上述三种折返光路都不能消除线性双折射的影响.因此，这一说法至少在采用惯常的差除和信号处理方案的光学玻璃电流互感器中是否成立有待商榷.     

基于微结构光纤和游标效应的高灵敏度压力传感器

结构健康监测、医疗诊断分析、气压检测以及军事工程应用等领域对压力的高灵敏度探测要求越来越高。光纤传感器由于其体积小、灵敏度高及抗电磁干扰等优点被广泛应用于压力测量。针对石英材料的杨氏模量较高,传统实芯光纤压力传感器的受压变形量较小,导致测量灵敏度很难提高。文章提出了一种基于游标效应的双Sagnac干涉环式光纤压力传感器。传感器由保偏光子晶体光纤(Polarization Maintaining Fiber, PM-PCF)作为敏感单元实现Sagnac干涉并通过不同PCF长度实现针对压力增敏特性的游标效应。传感器分别采用在单模光纤中嵌入PM-PCF形成传感器的参考单元和压力敏感单元,并对Sagnac环的感压部分进行封装,通过实验对并联型Sagnac环压力传感器的压力特性进行研究。实验结果表明在压力范围为0～2.4MPa内,压力传感器最大灵敏度为-54.491nm/MPa,分辨率为0.367kPa。相比无游标效应的Sagnac环压力传感器,其压力灵敏度放大了16.7倍。此外,传感器具有制造简单、结构坚固、运行稳定的优点,为高灵敏度压力传感器提供了一种替代设计方案。     

基于Sagnac原理的单轴分布式光纤传感系统偏振态分析

针对Sagnac干涉型单轴分布式光纤传感器中使用单模光纤作为传感器件时,由于传输光偏振态在双折射影响下所带来的干涉信号“偏振诱导衰落”问题,运用琼斯矩阵分析法,建立了该型传感器系统在传感光纤双折射和外部事件共同作用下,传输光的偏振态对系统功率传输系数影响的数学模型;仿真分析了在传感光纤线性双折射和圆双折射共同作用下,传输光的偏振态对系统功率传输系数的影响;提出了使用法拉第旋转镜提高系统抗偏振能力的改进方法.仿真结果表明,该方法能很好地消除光纤线性双折射和圆双折射.     

一种基于光子晶体光纤的高灵敏度Sagnac型温度传感器建模研究

为提高Sagnac型温度传感器的测温范围和灵敏度，提供了一种具有高双折射高温度灵敏度特性的光子晶体光纤设计方法。通过在光纤空气孔内填充温敏液体材料，使光纤具有良好的温敏特性。在COMSOL中建立该光子晶体光纤的电磁场模型并对光纤特性进行分析计算，利用有限元法分析结构参数对双折射和光纤双折射温度灵敏度的影响，并在所确定结构基础上研究了温敏液体的填充方式和填充液体类型对光纤温敏特性的影响。确定了最优的结构和液体填充方式，最优情况下该光纤的双折射温度灵敏度能够达到2.050 7×10^-5/℃，在1 550 nm处可获得5.96×10^-2的双折射。将2 mm光子晶体光纤应用于Sagnac型温度传感器中并进行传感性能仿真分析，利用多项式拟合的方法对结果数据进行拟合以分析传感器的温度灵敏度，提高拟合准确性、减小测量误差。结果表明在0～75℃范围内传感器平均灵敏度可达11.28 nm/℃，与现有典型Sagnac型温度传感器相比，本文Sagnac型温度传感器在尽量减小光纤长度的基础上获得了较高的温度灵敏度，并且测温范围更大、准确性更高。因此，该传感器在温度测...     

光纤Sagnac温度传感器

介绍了一种新型的基于光纤Sagnac干涉仪的高精度光纤温度传感器———光纤Sagnac温度传感器。讨论了此传感器的测温原理,推导了被测温度与传感器输出之间的关系,设计并调测了一个具体传感器系统。实验结果表明,此温度传感器具有很高的精度和大的测量范围。     

基于光纤阵列的二维微角位移传感器

提出了一种基于光纤阵列的二维微角位移传感器.该传感器采用由十字形排列的光纤阵列构成的轮辐式探头结构.各接收光纤接收光强随被测角位移改变.通过对各光纤接收光强进行高斯拟合确定反射光斑中心位置.这种测量方法可以有效降低表面反射系数变化、光源波动以及环境光对测量结果的影响.由于各接收光纤对应光路损耗不同对微角位移测最精度产生影响.提出了光路损耗的归一化修正方法.实验证明系统测量角度范围-0.16 rad～O.16 rad,归一化修止方法使系统测量分辨率提高到了3.8X 10-4rad.     

一种基于光纤光栅F-P腔的低频振动传感器

A sensor solution for weak vibration based on Fiber Bragg Grating Fabry-Perot (F-P) cavity is designed and experimentally demonstrated, in which a laser with single-frequency is used as the light source. The F-P cavity is affixed to the cantilever structure of even distribution of strain along the axis and the pair of fiber Bragg gratings as the cavity reflectors is placed freely. The vibration spreading to fiber grating F-P cavity through the cantilever beam vibration, causes changes in cavity length, thus changing the reflective light intensity of fiber grating F-P cavity. Theoretical Analysis indicates that, the amplitudes and frequencies of vibration can be measured by demodulating the peaks and frequencies of the signal. The experimental results of measuring artificial vibration simulated with PZT agree with the theory well. This sensor has high measuring accuracy and can be used for detecting weak vibration.     

激光干涉测长未对准误差分析

分析了激光干涉测长原理,建立了测长光路中角锥棱镜的光线偏移模型及内部光程模型,推导了忽略直线度误差及角度误差的未对准误差对定位误差测量结果影响关系的简洁表达式,进行了定位误差的测定实验,给出了未对准误差的一种定量评估方法.     

用于下垫面分类的卫星数据多波段优化选择

在研究用于卫星影像下垫面分类的三波段优化选择算法基础上,探索了用于地物分类的多波段优化选择方法.通过分析目标谱分布,并运用MODTRAN模拟计算进入卫星探测器的背景程辐射和沿卫星观测方向的整层大气透过率,得到对应不同目标的权函数.根据权函数谱分布以及波段指数并结合卫星波段用途,最终得到用于下垫面分类的卫星多波段优化选择结果.对结果进行分类验证,发现此算法用于下垫面分类具有较好的效果.     

一种改进型Stoilov算法相位测量轮廓术

提出了一种采用主动控制相移量的改进型Stoilov算法,按主动设定的相移量事先设计好五幅完全等相移正弦光栅图,由计算机编程控制数字投影仪依次投影该五幅光栅至待测物体表面,并对应采集五帧变形条纹,用所设定的相移量直接替代Stoilov算法中由变形条纹图解算的相移量,提高了相位提取和三维重构准确度.实验结果表明,平均绝对误差优于0.07,均方差优于0.07.     

基于光纤列阵薄膜传感的客流计数系统研究

为实现客流计数自动化,开发了一种基于新型高分子薄膜型光纤列阵感压的客流计数系统.感压原理建立在光散射强度与高分子材料密度变动的对应关系上,系统以脚底压力分布“质心”的时空变化为信息特征,该时空变化特征反映了乘客上下车时维持动态平衡的一般规律.由此设计了多种行为模式的客流跟踪、辨向和计数方法.统计实验结果表明,该客流计数系统可实现实时测试,准确率达95%以上.     

基于图像分割的时域乳腺扩散光学层析成像方法

鉴于乳腺光学层析成像方法中的不适定性严重影响重建图像性能,引入图像分割技术.通过选择合适的图像分割阈值,将基于全域重建的图像分割为背景区域和目标区域,再对得到的“目标区域”进行二次图像重建.数值模拟研究表明,该技术可有效地减小反演变量的维数,提高重建图像的性能.     

晶向ZnTe单晶的太赫兹辐射及探测

通过Te熔剂方法生长出〈331〉晶向的ZnTe体单晶,利用X射线衍射和红外透射显微技术对材料进行了测试.在钛 宝石激光器的泵浦下,利用〈331〉晶向的ZnTe晶体辐射－探测到太赫兹波,激发频谱可达5 THz左右.〈331〉晶向的ZnTe晶体表现出良好的太赫兹辐射性能.     

泵浦蓝宝石光纤荧光温度传感器

采用激光加热基座法制备端部Cr3＋离子掺杂的蓝宝石单晶光纤,得到一体型蓝宝石单晶光纤荧光温度传感头.对所制备的荧光温度传感头的荧光温度特性进行了实验研究.结果表明,随着温度升高Cr3＋∶Al2O3单晶光纤荧光寿命单调下降,从温度为0 ℃的4.0 ms下降到450 ℃的0.2 ms.利用所制备的荧光温度传感头,用波长405 nm紫色LED作为泵浦光源,采用相关检测技术在线实时测量荧光寿命,研制成测温范围0 ℃～450 ℃一体型蓝宝石光纤荧光温度传感器.     

海面中波红外反射率特性研究

基于Cox Munk海面模型,计算了海面对中波红外（3~5 μm）的反射率.利用双站散射遮蔽函数对Cox Munk海面反射率模型进行了修正,数值模拟了反射率随入射角、反射角和风速的变化关系.结果表明,考虑遮蔽效应后,反射率较未考虑遮蔽时的变化更为平缓,且峰值的位置发生变化,峰值明显减小.     

中药吸收光谱测量系统的设计

本文设计的光谱测量系统是一种在可见光波段对样品进行非接触式快速连续光谱测试的装置。系统采用可调液晶滤光片和面阵接收器件实现光谱成像,并对样品的透射光信息进行采集存储处理后,得出样品的吸收光谱,为中药材质量及药性检测提供一种方法。待测样品只需简单的物理方法将其磨成粉末或切成薄片,可使中药在原生态下重复进行无损检测。实验结果表明:在可见光波段,该系统可以根据药材的吸收光谱曲线区分出西洋参、黄连、黄柏、延胡索、黄皮与小檗碱六种样品的种类。