用时延估计法提高光纤光栅中心波长检测精度

提出将雷达、声呐领域中的时延估计算法用于均匀应变场或温度场中任意形状的光栅反射谱中心波长的检测.分析了信噪比(SNR)对不同形状反射谱进行峰值提取的影响.分析结果表明,对均匀周期的单模光纤布拉格光栅,其长度越长,折射率变化越大,峰值检测受信噪比影响也越严重;实验结果表明,与常规算法相比,采用时延估计中的相位谱法进行中心波长偏移量的提取,估计精度不受波长扫描精度的限制,对噪声造成的中心波长随机漂移有很好的抑制作用,而且无需对反射谱的形状进行假设与曲线拟合,计算量小,检测精度可达到皮米量级.     

双波长啁啾相移光纤光栅

理论研究并实验验证了一种含有两段π相移的啁啾相移光纤光栅.采用F矩阵对啁啾相移光纤光栅进行计算并分析了该光栅的谱特性.含有两段π相移的啁啾相移光纤光栅可以在普通啁啾光栅透射谱阻带中产生双波长透射峰,透射峰位置直接取决于光栅中π相移的位置,透射峰的线宽和透射峰的波长间隔没有关系,仅随着啁啾率的增大而增大.采用带相位掩模的逐点扫描法对含有两段π相移的双波长啁啾相移光栅进行了制作,获得波长间隔为8 nm的双波长透射谱的光栅器件.该光栅的消光比和3 dB谱线宽分别为20 dB和0.08 nm,实验结果和理论设计一致.     

光纤光栅传感器波长移位检测方法

光纤光栅波长移位检测是光纤光栅传感器的核心技术之一,已提出的光纤光栅波长移位检测方法有被动解调法、匹配光栅法、非平衡Mach-Zehnder干涉仪法、可调谐窄带光源法和激光锁模法等详细介绍了光纤布拉格光栅(FBG)传感器的波长移位检测方法,分析了各种检测方法原理.重点讨论了非平衡M-Z干涉仪法和可调谐窄带光源法,并对以上各种方法的优、缺点进行了分析和讨论.     

带宽调制型单光纤光栅温变无补偿位移传感

报道了利用反射谱带宽调制和光强差分探测技术实现单一光纤光栅温变无补偿位移精确测量的新方法。设计了一种结构新颖的曲臂梁位移传感装置,结合光波导理论与材料力学原理分析了光纤光栅在高斯应变作用下光栅反射谱侧向梯度展宽的成因,理论推导了特殊结构梁在外力作用下光栅反射谱带宽/反射光强与压力之间的响应关系。光栅反射谱侧向梯度展宽的同时反射光强线性增加,利用光强差分检测方法消除光源出光抖动的影响,提高了位移测量精度。基于带宽调制的光纤光栅位移传感方法免受温度变化的影响,在-10℃~80℃的温度变化范围内,测量误差小于1.2%,实现了单光纤光栅温变无补偿位移测量。     

具有温度补偿的光纤位移传感器

位移测量是结构健康检测的重要参量之一.本文提出了一种双悬臂梁粘贴光纤光栅的位移传感器,它将位移变化转换成两只光纤光栅的波长移动,实现对位移量的绝对测量.通过引入对称补偿光纤光栅的方法解决了温度与位移交叉敏感的问题.推导了位移传感器的工作原理,完成了相关实验,并分析了传感器所产生误差的来源.实验结果表明,在量程为20 mm的时候,位移灵敏度为123 pm/mm,温度补偿前,温度对位移的影响是234.9 μm/℃;温度补偿后,温度对位移的影响为17 μm/℃.本位移传感器量程大、线性好、准确度高,不易受恶劣环境影响.     

基于宽谱光源的光纤传感波长解调系统的研究

研究制作了基于宽谱光源的光纤传感波长解调系统, 以多光纤光栅作为波长参考基准、采用可调谐光纤法布里-珀罗(F-P)滤波器作为波长扫描器件。系统中采用三次多项式拟合的方法对滤波器锯齿波的扫描电压与透射波长关系曲线进行非线性拟合, 解决可调谐光纤F-P滤波器的电压—波长非线性关系对系统测量带来的较大误差问题, 实现波长的高精度解调。采用五光纤光栅做波长参考, 单根光纤光栅传感器的解调实验结果表明：待测光纤光栅布拉格波长短期测量分辨率为3.5 pm, 长期测量稳定性为7 pm。采用该系统对光纤非本征法布里-珀罗干涉型(EFPI)应变传感器的测试结果表明, 测量应变灵敏度为2.41 nm/με, 并且应变和波长之间存在良好的线性关系, 线性相关度达到0.99991。     

具有温度补偿的光纤位移传感器

位移测量是结构健康检测的重要参量之一.本文提出了一种双悬臂梁粘贴光纤光栅的位移传感器,它将位移变化转换成两只光纤光栅的波长移动,实现对位移量的绝对测量.通过引入对称补偿光纤光栅的方法解决了温度与位移交叉敏感的问题.推导了位移传感器的工作原理,完成了相关实验,并分析了传感器所产生误差的来源.实验结果表明,在量程为20 m...     

光纤光栅啁啾化传感研究

提出了光纤光栅啁啾化传感概念和传感机理,将光纤光栅微观分解为栅区长度范围的许多具有独立感知能力且彼此关联的有效作用子栅集,表述了有效作用子栅集与待测环境场空间梯度分布之间的对应关系,从而较好地解释了光纤光栅啁啾谱产生的内在机理.理论推导并实验验证了光栅啁啾谱各谱参量(波长、带宽和反射光强)与待测环境场(温度和应变)之间的对应关系,为利用单一光纤光栅实现多参量同时区分测量、任意非均匀空间分布场传感提供了科学有效的解决方法.     

扫描激光器型光纤光栅解调仪设计

设计了一种扫描激光器型光纤光栅波长解调仪,采用滑动平均滤波方法拟合光纤布拉格光栅反射谱,基于扫描激光器输出的同步触发信号与波长对应性,计算得到光纤布拉格光栅反射谱的中心波长,简化了解调过程。相比传统的宽带光源解调方法,降低了解调的复杂度和不稳定性,实现对布拉格波长的高精度、快速解调。实验结果表明,解调仪对光纤布拉格光栅波长的解调稳定性可达±2pm,温度与波长变化的线性度达到0.9984,温度测量误差小于0.5℃,能够满足实际应用的需要。     

基于法布里-珀罗标准具和多光栅校准的光纤布喇格光栅波长解调系统

为了消除由法布里-珀罗标准具的干涉峰偏移引起的光纤布喇格光栅波长解调误差,采用多参考光栅进行法布里-珀罗标准具波长校准,搭建了相应的光纤布喇格光栅解调平台.将待解调光栅、法布里-珀罗标准具和多个参考光栅分别接入采样通道,用多个参考光栅对法布里-珀罗标准具进行波长校准,得到准确度较高的标准具干涉峰波长,再以此波长计算待测光栅波长,降低了校准误差.实验结果表明,利用该方法搭建的光纤布喇格光栅解调系统校准的重复性误差小于1.6pm,波长解调误差低于1.8pm.     

光声光谱多组分气体分析仪的交叉干扰特性研究

设计了一套基于红外热辐射光源的光声光谱多组分气体分析仪。通过分析多组分气体间交叉干扰的主要因素以及特征气体的红外吸收谱线,确定了中红外带通滤光片的参数。利用标准气体对设计的光声光谱仪进行标定,研究了待测气体之间交叉干扰的定量关系,并利用湿度发生器对装置受到水气干扰情况进行分析。实验结果表明,C₂H₂对CH₄、CH₄对C₂H_6的干扰水平分别达到10.49μV/(μL/L)、18.66μV/(μL/L),其他烃类气体间的干扰可以忽略。CO₂对CO、CH₄、C₂H₂和C₂H₄干扰响应度分别为1.615μV/(μL/L)、0.055μV/(μL/L)、0.130μV/(μL/L)以及0.016μV/(μL/L)。此外,水气对C₂H₂、CH₄、C₂H_6、C₂H₄、CO和CO₂都会产生一定的干扰,干扰的响应度分别为0.591μV/(μL/L)、0.421μV/(μL/L)、0.071μV/(μL/L)、0.007μV/(μL/L)、0.051μV/(μL/L)和0.055μV/(μL/L)。实验结果表明C₂H₂对CH₄、CH₄对C₂H_6、CO₂对CO以及高浓度水气对其他气体的检测会产生较高水平的干扰,在测量过程中应当考虑扣除。     

一种利用十字窗口识别红外弱小目标的新方法

为有效地识别红外图像中的弱小目标,在分析传统识别方法的基础上,提出了一种利用十字窗口识别红外弱小目标的新方法.该方法在待识别点上、下、左、右四个方向以目标大小选取四个参考点构造十字形识别窗口,根据待识别点与参考点之间的灰度梯度识别该像素点是否为目标像素.该方法无需预测背景,可以在低信噪比、强度变化剧烈的图像中获得较高的识别率与较低的虚警率.实验结果表明了该算法的有效性.     

光纤光栅曲率传感的实验研究

提出了一种新颖的光纤光栅曲率传感的方法,理论上分析了这种曲率传感的原理,实验上成功地实现了对曲率的传感.传感系统具有很高的线性响应度,并通过改进,消除了环境温度的交叉敏感对曲率传感的干扰,保证了传感的准确性     

Cross focusing of two coaxial cosh-Gaussian laser beams in a parabolic medium

In this paper authors have presented the cross focusing of two coaxial cosh-Gaussian laser beams of different frequencies in a parabolic medium. Starting from the expression for field distribution of cosh-Gaussian beams, differential equations for beam-width parameters of two beams have been established through parabolic wave equation approach and analytical solution for weak beam has been obtained. The effect of decentred parameter of strong beam on the behavior of beam-width parameter with the normalized distance of propagation for weak beam has been specifically considered. The results have been presented graphically and discussed.     

Image matching using Gradient Orientation Selective Cross Correlation

Image matching has been an important topic in computer vision and image processing. A new approach named Gradient Orientation Selective Cross Correlation is proposed for image matching. In the new approach, a gradient orientation selectivity strategy is proposed to exclude the wrong points from correlation, especially for partial occlusion and some other ill-conditions. Experimental results are shown to demonstrate robustness, efficiency, and accuracy of the algorithm.     

Cross layer based fast handover for IEEE 802.16e networks

To guarantee the QoS in real time applications in wireless networks, handover delay is one of the most important parameters to be considered while mobile users are changing their point of attachment to the access networks. This calls for a fast handover mechanism that will be able to offer uninterrupted services to mobile users. In this paper, a cross layer based fast handover mechanism is proposed to reduce handover delay and signaling load in IEEE 802.16e wireless metropolitan area networks. This is achieved by overlapping the functions of Medium Access Control (MAC) Layer and Internet Protocol (IP) layer. The analytical results show that the proposed mechanism significantly enhances the handover performance in terms of handover delay and signaling load thus resulting into fast handover.     

交联共聚物的红外光谱定量分析研究

交联共聚物由于具有不溶不熔性, 定量分析方法非常有限,红外光谱分析可以用溴化钾压片制样,故不受此限制。文章用红外内标法测定了甲基含氢硅油-丙交酯交联共聚物中两组分的含量。以KSCN为内标物资,以2 100 cm-1处的强吸收峰为KSCN的定量峰。以1 750 cm-1的强羰基吸收峰为丙交酯的定量峰,二者的吸光度比值为I=A_LA/A_KSCN。丙交酯和内标物质KSCN的质量比即浓度比为C=M_LA/M_KSCN,以C对I作图,得内标工作曲线。实验结果表明在2/5<M_LA/M_KSCN<8/5范围内有较好的线性关系。只要加入适量的内标物质,使C值落在直线范围内,即可获得较为准确的分析结果。文章为交联共聚物以及其他共聚物组成的测定提供了一种简便易行的实验方法。     

白光干涉型光纤加速度计的误差分析

针对所研制的一种能够测量加速度直流信号的光纤加速度计,建立了影响该加速度计测量准确度的光学原理误差、交叉灵敏度误差以及温度引起的误差模型,并对该模型进行了仿真和实验分析.结果表明:随着信噪比增加以及光谱采样间隔减小,解调算法的测量误差水平降低,测量准确度可达到4.5×10-5g;在1倍重力加速度下交叉灵敏度误差为1.8mg;当环境温度20℃时,温度每升高(降低)1℃,会使标度因数增加(减小)0.79‰.     

PO反应中混沌控制的变量交叉反馈方法研究

设计了一种变量交叉反馈(VCF)方法控制非线性系统混沌.介绍了VCF方法的控制原理,并用此方法 控制Peroxidase Oxidase(PO)反应系统的混沌,以此验证其有效性.仿真模拟显示,通过恰当地选择控制系数m1、 m2,可以使受控系统的返回映像由具有一定分布形式和结构的离散点的集合转变为有限个点,功率谱也由连续 谱转变为具有独立单峰的分立谱,从而使以[O2]和[NADH]的浓度作为反馈变量的受控系统的动力学性质由混 沌态转变为周期态,周期态轨道的周期数为2n×3mp(n,m为整数).     

浓度序列对基于双异步正交样品设计构建的二维异步谱峰信噪比的影响

双异步正交样品设计(DAOSD)是通过对样品体系施加浓度的微扰,诱导光谱信号产生动态变化,并通过数学处理研究样品中物质间相互作用的二维相关光谱方法。提高二维谱图的信噪比对于谱图中交叉峰的分辨乃至物质间相互作用的考察有着十分重要的意义。通过计算机模拟考察了DAOSD构建二维相关光谱的方法中样品浓度序列对光谱行为影响。结果表明,在溶液数量较少的情况下,通过改变样品的浓度和组合顺序,可以有效提高交叉峰的信噪比,从而得到更高质量的二维谱图。