新型波长解调技术在干涉型光纤传感器输出解调中的应用

提出了一种改进型边缘滤波波长解调技术,解决干涉型或谐振型光纤传感器输出的干涉谱波长的快速解调问题。该波长解调技术基于啁啾光栅和长周期光栅的光谱特点,以啁啾光栅作为矩形滤波器,提取传感器输出干涉谱的一个干涉峰;以长周期作为边缘滤波器,将干涉峰的波长信息转化为光强信息进行检测。该波长解调技术波长解调范围为传感器输出干涉谱的一个自由光谱范围(FSR),解调速度快,克服了当前波长解调技术中存在的测量范围与测量速度难以同时提高的问题,同时还具有系统成本低 ,体积小,能够灵活多路扩展的特点。详细介绍了解调系统的工作原理以及系统结构,并将其实际应用于一种干涉型光纤电流传感器输出干涉谱的波长解调中。通过实验证明电流传感器工作在工频及脉冲电流(脉冲宽度25 μs)情况下,该解调系统对传感器输出干涉谱具有准确、快速的解调效果。该研究对推进干涉或谐振型光纤传感器的实际工程化水平的提高具有重要意义。     

光纤干涉型传感器原理及其相位解调技术

光纤干涉型传感器是由于外界信号作用到干涉仪上，引起干涉信号相位的变化，通过对相位的解调来反应外界信号。介绍了光纤干涉型传感器的结构及其原理，并对各种干涉型传感器的相位调制与解调技术的优缺点进行了分析。     

干涉型光纤传感器相位生成载波技术研究与改进

对干涉型光纤传感器的相位生成载波解调技术进行了研究.对PGC算法进行了数学推导和仿真计算,对数字低通滤波器进行了详细分析,给出了其影响PGC解调性能的原因及数字滤波器的设计方法.讨论了传感器干涉光强对PGC算法输出结果的影响,提出了改进的PGC算法,该算法可以有效的实现自动增益控制,消除干涉光强漂移对解调的影响,并大大减小由干涉光强引入的系统噪音;还可以在有限阶数低通滤波器的情况下,极大的增加系统可解调的大信号幅度,提高系统动态范围12 dB以上.     

光纤光栅传感信号解调技术研究进展

光纤光栅传感器是一种新型传感器,有着非常广泛的应用前景。限制光纤光栅传感器大量实际应用的主要障碍是传感信号解调,因而,光纤光栅传感信号解调是光纤光栅传感器应用的关键技术之一。本文对现有已报道的光纤光栅传感信号的解调方法进行综述,并归类为:边缘滤波法、匹配滤波法、可调谐滤波法、光源波长可调谐扫描法、射频探测法、光栅啁啾法、CCD分光仪法、干涉法。对各种方法的原理及相关改进方法进行了阐述,并对其优缺点做了比较分析,最后,对光纤光栅传感信号的解调技术发展进行了展望。     

微小位移光纤传感器谐波分析解调法研究

本文从理论上阐述了微小位移光纤传感器的一种分频比较法解调方案,并利用全光纤干涉光路进行了实验,结果表明采用这种解调方法可提高光纤传感器的测试精度、稳定性和动态范围。     

基于光频调节的干涉型光纤水听器相位补偿检测方法

提出了一种基于光源频率调节的干涉型光纤水听器主动相位补偿的信号检测方法。详细介绍了该方法的基本检测原理,对信号解调误差进行了理论分析与仿真。为了验证该方法的可行性,搭建了实验系统,并编写了实时的信号采集、处理程序,对某一干涉型光纤水听器的声压灵敏度进行了测试。在频带20 Hz-1.3 kHz上,平均声压灵敏度为-162.2 dB(0 dB=1 rad/μPa),波动小于±0.8 dB,与采用相位载波调制解调方法测量的结果基本吻合。实验结果证明该方法是有效的。由于传感部分不含有源器件,便于实现全光纤化,且解调算法简单、检测频带宽,该方法能被广泛应用到各种干涉型光纤传感器的信号检测当中。     

一种基于DSP的便携式光纤EFPI传感器解调仪

介绍了一种利用数字信号处理(DSP)芯片的便携式光纤外腔式法珀干涉型(EFPI)传感器解调系统。为了实现高速度、高精度的光纤EFPI传感器的解调,提出了一种测量EFPI透射波长的算法。利用DSP通过对EFPI反射波形的实时跟踪,计算透射出的波长值,并根据标定转换为被测量。实验结果表明,解调系统的波长分辨率可达到2pm,动态测量范围高达50nm。     

波长和强度同时响应的锥形多模光纤温度传感器

通过将一段长为17 mm的多模光纤两端分别与单模光纤对芯熔接,然后对多模光纤部分进行拉锥处理,得到一种波长和强度同时对温度响应的锥形多模光纤温度传感器。实验研究了30 ℃~80 ℃范围内传感器的温度传感特性。实验结果表明:当环境温度发生变化时,该传感器在1 542 nm附近干涉波谷的波长和强度对温度的响应灵敏度分别可达到0. 041 nm/℃和0. 106 dB/℃,并且传感器干涉条纹的波长响应和强度响应之间呈良好的线性关系。基于传感器波长响应与强度响应之间的该线性关系,通过传感信号强度的检测即可实现干涉型光纤传感器的相位解调,该方法为传感解调信号提供了新思路,具有重要的参考价值。     

一种新型的Bragg光纤光栅电流传感器的设计

提出了一种新型的光纤光栅高压电流传感器。该系统由Bragg光纤光栅电流测量部分和温度补偿部分组成。在测量过程中,采用了匹配光栅解调方法,其动态测量范围比通常的干涉法光纤电流传感器大,且系统不受外界电磁干扰的影响,可实现高压电流的在线测量。     

干涉型光纤传感器的消偏振衰落技术研究

本文对消除干涉型光纤传感器信号偏振衰落的偏振分集接收PDR(Polarization Diversity Receiver)技术进行了理论分析.通过三态PDR方式,对输出的最大有效幅度信号进行选取,能够避免传输光偏振态变化导致干涉信号完全衰落的现象,使干涉信号有效幅度在一定范围内变化.采用基于反正切计算的相位生成载波PGC(Phase Generated Carrier)解调技术的相位测量结果不受由于偏振衰落导致干涉信号有效幅度变化的影响.提出结合三态PDR方式和基于反正切计算的PGC解调技术消除偏振衰落问题的影响,实现干涉型光纤传感器中相位信号的理想解调.     

混合干涉型分布式光纤传感器PGC信号解调设计与实验分析

对一种基于马赫-曾德尔和萨格纳克混合干涉仪原理的分布式光纤泄漏检测系统调制解调技术进行研究,对PGC解调技术进行理论分析。针对所选泄漏分布式光纤传感特点设计了PGC解调硬件电路,并对PGC解调电路进行了测试。实验中待测信号为0~50 kHz,载波频率为300 kHz,截止频率为50 kHz, 移相后与待测信号的相关系数达到0.95,谐波失真小于3%,泄漏源位置为7.865 km,泄漏检测定位系统绝对定位误差为235 m,相对定位误差为2.35%。本解调定位系统具有稳定性和抗干扰性。     

马赫-曾德光纤干涉光谱测量系统的设计

光纤干涉光谱仪由于其体积小、分辨率高、抗电磁干扰和耐高温的特点,广泛应用于各种领域的物质检测中。设计了一种使用电动光纤延迟线实现光程差调制的基于Mach-Zehnder光纤干涉仪的光谱测量系统。介绍了系统的构成,推导了基于该系统的光谱计算公式以及分辨率计算公式。搭建了实验平台,对一宽谱光源进行测试,并采集其干涉信号,解调出了相应的光谱图。对结果进行分析,当最大光程差变为0.479 5 cm时,光谱分辨率为2.085 4 cm-1。电动光纤延迟线的性能在很大程度上决定了最终解调出的光谱的分辨率、精度,尤其是速度和延时时间的精度和线性度。     

光纤水听器解调技术研究进展

光纤水听器是水声研究领域的关键技术,在实际应用中具有显著优势,广泛应用于AUV导航定位、资源勘探、海水警戒等场景。光纤水听器将声信号转化为光信号传播,在接收信号时就需要对光信号进行解调提取出声压信号。总结了几种常用的信号解调算法及关键技术,包括PGC解调法、3×3耦合器解调法和外差解调法;介绍了各种解调算法的基本原理和改进技术;总结对比了各种算法的优缺点;最后给出了光纤水听器解调技术面临的挑战。     

Parallel demodulation system and signal-processing method for extrinsic Fabry-Perot interferometer and fiber Bragg grating sensors

A parallel demodulation system for extrinsic Fabry-Perot interferometer (EFPI) and fiber Bragg grating (FBG) sensors is presented that is based on a Michelson interferometer and combines the methods of low-coherence interference and Fourier transform spectrum. Signals from EFPI and FBG sensors are obtained simultaneously by scanning one arm of a Michelson interferometer, and an algorithm model is established to process the signals and retrieve both the wavelength of the FBG and the cavity length of the EFPI at the same time, which are then used to determine the strain and temperature.     

基于Sagnac干涉仪的光纤非接触式瞬变信号测量技术

基于对Sagnac干涉仪在外界瞬变信号影响下响应特性的理论分析,提出了一种基于光纤Sagnac干涉仪的非接触式测量技术.针对陷波波形的特性,提出了相应的解调技术.实验结果表明,基于Sagnac干涉仪的非接触式测量技术不仅能识别瞬变信号,同时能实现对信号源的良好定位,相对定位准确度达到1.5%.     

基于阵列波导光栅的智能服装人体测温解调系统研究

研究并实现了一种应用于智能服装中人体温度测量的阵列波导光栅解调系统。分析了系统的解调原理,搭建了光纤布拉格光栅解调实验平台,采用了强度法解调出光纤光栅的布拉格波长,完成了光纤光栅传感器串联前后解调的实验。结果表明,系统对光纤布拉格光栅的布拉格波长的解调具有高线性度,波长测量精度可达0.001 nm,光纤布拉格光栅传感器间串扰所造成的解调误差为0.000 5 nm,人体温度的测量误差为±0.16 ℃。该解调系统精度高、串扰低,可适用于智能服装中人体温度的测量。     

Hydrostatic pressure sensor based on a gold-coated thin-core fiber modal interferometer and ripple shift measurement

We propose a hydrostatic pressure sensor based on a gold-coated thin-core fiber modal interferometer (TCFMI). A thin-core fiber is spliced to a single mode fiber forming a single-end fiber modal interferometer (FMI) due to the core mismatch and the fiber end reflection. Relative reflection spectra of TCFMIs based on thin-core fibers with different lengths are investigated. The TCFMI is gold-coated to enhance the optical reflectivity, which also results in the ripple of the relative reflection spectra of TCFMI. A high hydrostatic pressure sensor test system is proposed and the performance of the pressure sensor has been experimentally investigated. A pure-ripple-shift measurement method is used to achieve the demodulation of the sensor. The proposed pressure sensor has a sensing range up to 40 MPa and a sensitivity of 44.8 pm/MPa.     

Real-time measurement of nano-particle size using differential optical phase detection

We demonstrate a size sensing technique for nano-particles using optical differential phase measurement by a dual fiber interferometer through phase-generated carrier(PGC) demodulation. Nano-particle diameters are obtained from the differential phase shift as a result of adding an optical scattering perturbation into two-beam interference. Polystyrene nano-particles with diameters from 200 to 900 nm in a microfluidic channel are detected using this technique to acquire real-time particle diameters. Compared with amplitude sensing with over 10 mW of laser irradiance, particle sizing by PGC phase sensing can be achieved at a laser power as low as1.18 mW. We further analyze major sources of noise in order to improve the limits of detection. This sensing technique may find a broad range of applications from the real-time selection of biological cell samples to rare cell detection in blood samples for early cancer screening.