用于检测油膜厚度的光纤传感器系统

非接触式光纤传感器因其抗干扰性强、灵敏度高、电绝缘性好等特点在某些场合占有不可替代的位置.本文介绍了一种用于检测大型涡轮机液压轴承运动状态及其周围油膜厚度分布情况的光纤传感器系统.详细讨论了传感器的结构及数据模型,并着重介绍了系统的几个重要组成部分,其中包括双光路、调制解调和并行数据采集等,最后给出了传感器的特性测试数据.     

光纤声传感反正切解调的采样率与信号幅度关系

针对光纤光栅声传感系统反正切解调算法中采样率与声场幅度相关这一现象,计算分析了正弦声信号、高斯脉冲声信号在3种不同反正切算法下幅度与采样率的关系,用脉冲声信号进行了实验验证,并从相位展开方式的判据出发予以机理解释,以期望在应用前可根据声场、传感器灵敏度等选择恰当的采样率。数值计算和实验结果表明,这3种方式需要的采样率均与信号幅度呈线性关系,分别需要一个声周期内采样点数为信号幅度的8倍、4倍和2倍。此外,还将3种方式与微分-交叉相乘算法在软件计算时的实时性和计算精度进行了比较,在满足采样率要求时三者均较微分-交叉相乘算法的表现更佳。     

光纤折射率传感器的设计与研究

基于菲涅耳反射及法布里-珀罗干涉原理设计的测量液体折射率的光纤传感器,该传感器可直接采用普通光纤裸纤端面作为传感器探头,探测系统具有结构简单,操作方便的特点,通过菲涅尔反射法和法布里-珀罗干涉法精确测量了水、甲苯和苯甲醚等样品的折射率,测量结果精确度较高。     

基于卡尔曼滤波的分布式光纤Raman测温系统

分布式光纤喇曼测温系统采用了线性逼近的方法进行温度解调,并通过灵敏度分析法获取了相应的线性解调参数。为了提高系统的精度,在信号累加平均去噪的基础上,采用了卡尔曼滤波的方法,通过对前一时刻的估计值与当前测量值的递推,实现了对存在测量噪声的温度信号的最优化估计,完成了对现场采集信号的实时更新和处理。实验验证了该滤波方案的可行性,随着外界环境温度的变化,测温系统能够得到合理的温度曲线,测量误差小于1℃。系统响应性良好,性能稳定,能够适应复杂的环境变化。     

基于对称3×3耦合器的光纤干涉信号的软件解调技术

从基于对称3×3耦合器的光纤干涉信号中解调出被测物理量,需要经复杂的运算.本文提出用软件来模拟实现了信号的解调,省去了繁杂的模拟运算电路,并且通过软件解调运算,可得到运算中间各过程的波形图,也可以分析出各种误差和产生误差的原因,对硬件解调电路的设计有指导性意义.     

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。     

基于同步载波提取的光纤传感器相位生成载波解调方法

利用3×3耦合器和法拉第旋转镜等光学元件,构造了一个基于迈克尔逊干涉系统的光纤振动传感器.使用外调制的方法对传输光进行相位生成载波调制,并将该光纤振动传感器应用于长距离的安全监测中.通过对该传感器的干涉输出信号进行贝塞尔展开分析,发现干涉输出信号中含有与外调制所使用的载波频率相同的信号成分.因此,使用一个中心频率为载波频率且通带很窄的带通滤波器,可以同步地提取载波信号.同步提取的载波信号用于干涉输出信号的相位生成载波被动零差解调,可以得到作用于光纤振动传感器上的外界振动信号.本文提出了从输出信号中同步提取载波的方法,通过理论推导得出了该方法的可行性,并且通过软件仿真和实验验证了该理论的正确性.文中还对提取的载波受低频信号干扰,造成其幅度不稳定的现象进行分析并提出了解决方法.研究表明,同步载波提取法适用于相位调制器与干涉信号输出端距离较远,相位生成载波解调需要的同源载波获取较困难的情况.     

一种高准确度光纤光栅波长解调系统

为了消除F-P滤波器的温度特性对光纤光栅波长解调系统准确度的影响,提出了一种采用F-P标准具作为波长参考计算波长的方法,设计了一种高准确度波长解调系统,并采用虚拟仪器开发平台LabWindows/CVI实现了光谱数据的滤波、寻峰及波长计算算法.测试结果表明,该系统的重复性误差小于1.56 pm,稳定性误差小于1.13 pm.     

基于F-P腔干涉的膜片式光纤微机电系统压力传感器

基于法布里-帕罗腔的干涉原理,采用微机电系统技术加工制作了一种光纤微机电系统压力传感器.采用浓硼扩散自停止腐蚀和磁控溅射的方法,制备厚度为6 μm、机械灵敏度为0.502 μm/MPa的传感器敏感膜.基于强度解调技术,利用干涉腔的反射功率与压力的关系对压力进行解调.分析了腔长变化对反射率的影响,确定传感器线性工作点的波长,建立稳定的压力传感测试系统.测试结果表明,该传感器压强最小分辨率为62 Pa,灵敏度达到0.51 nW/KPa,具有良好的线性度、灵敏度和重复性,适用于人体内压力测量和口腔义齿压力测量.     

一种高准确度光纤光栅波长解调系统

为了消除F-P滤波器的温度特性对光纤光栅波长解调系统准确度的影响,提出了一种采用F-P标准具作为波长参考计算波长的方法,设计了一种高准确度波长解调系统,并采用虚拟仪器开发平台LabWindows CVI实现了光谱数据的滤波、寻峰及波长计算算法.测试结果表明,该系统的重复性误差小于1.56 pm.稳定性误差小于1.13pm.