基于峰值匹配分布式估计算法的光纤布拉格光栅传感网络重叠光谱的波长解调

针对有限光源带宽条件下光纤布拉格光栅传感网络重叠复用的解调瓶颈,提出基于峰值匹配分布式估计算法的波长解调方法,将光纤布拉格光栅传感网络重叠光谱的解调问题转化为函数优化问题,利用理论光谱与重叠光谱之间的差异构建优化模型,通过峰值匹配分布式估计算法对该优化模型进行求解得到各光纤布拉格光栅的传感值.分布式估计算法采用高斯混合模型构建描述光纤布拉格光栅传感网络的解空间概率分布,由概率模型采样产生新的种群个体,并引入峰值匹配算子消除光纤布拉格光栅峰值错配,通过反复进化最终得到最优解.采用该方法对不同规模数量的光纤布拉格光栅传感网络进行解调实验,结果表明该方法在大规模光纤布拉格光栅光谱完全重叠的情况下,平均误差可控制在10pm以内;与现有其他解调技术相比,其具有更高的解调精度,能够解决光纤布拉格光栅传感网络光谱在部分重叠甚至完全重叠情况下的波长解调问题,为提升光纤布拉格光栅传感网络复用数量提供了新的解调途径.     

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.     

干涉型光纤传感器中非理想3×3耦合器对相位解调的影响分析

深入研究了非理想3×3耦合器对相位解调结果的影响,理论分析了非理想相位条件下的解调结果。仿真计算了相位偏差在±1～5°均匀分布时解调结果与原始结果的相关系数,分析了干涉信号存在幅度噪声时对解调结果的影响。对于特定的系统,相位偏差在解调结果中引入了一个常数系数,相位偏差在±1～5°均匀分布时常数系数的均值分别为0.9999、0.9996、0.9991、0.9984和0.9975。干涉信号的幅度噪声会明显恶化解调算法的性能,为保证解调信号与原始信号相关系数在0.99以上,需要控制干涉信号的幅度噪声水平在6.4%以内。     

基于相位解调的双光束薄膜干涉型光纤传声器

针对基于相位解调的双光束薄膜干涉型光纤传声器的特性展开了研究,仿真分析了三路信号的直流分项、交流分项以及相位差对双光束薄膜干涉型光纤传声器输出性能的影响。采用对比法,并通过实验研究了基于相位解调的双光束薄膜干涉型光纤传声器的输出特性,实现了灵敏度为193 mV/Pa@1 kHz、频率响应为200 Hz～4 kHz@±3 dB的声信号测量。本研究能够很好地应用于声探测、语音识别等领域。     

基于最大射频强度判别法的温度传感波长解调研究

针对基于射频非平衡马赫-曾德尔干涉仪的光纤布拉格光栅传感器波长解调系统的特性展开研究,实验测量了由非相干光损耗、器件插损及光纤光栅的反射谱宽引起的系统的输出功率衰减。提出选取某个特定微波频率输出强度,针对一定量的样本观测值,采用最大射频强度判别法进行数据处理的完整方法。实验还通过描绘各频率点输出强度最大值得到该波长解调系统频率响应,以119.96 MHz作为调制频率得到0.1692 dB/℃的传感灵敏度。本实验对于非相干光与微波光子滤波器在光纤传感应用过程中的性能改进与可行性研究具有实际参考意义。     

基于Hilbert变换的水下多源声信号频率的相干探测

为实现水下中低频声信号的探测识别,通过研究水下多声源相干探测信号的特征,理论上给出了相干探测信号频谱混叠情况下的特征表达式,并提出了一种基于Hilbert变换的信号解调处理方法,实现了水下多声源相干探测信号频谱混叠情况下各声源发声频率的解调.该方法将探测信号经过滤波平滑处理之后进行Hilbert变换,得到信号的解析形式,然后对解析信号模值的平方进行二次滤波平滑等处理,分离混叠在一起的频带,将得到的信号进行频谱分析,根据频移值计算得到水下各个声源的发声频率.在光学暗室下搭建激光相干探测系统,对2~6kHz的水下声信号进行实验,实验结果表明,该方法可以有效分离探测信号中混叠在一起的信号频带,并准确提取各水下声信号的发声频率,频率提取重复性不大于2.5Hz.     

基于光谱解调的对称波导型表面等离子体共振传感研究

表面等离子体共振(SPR)传感系统有角度谱、光谱、强度、相位等解调方式,其中光谱型的(SPR)传感系统因可以使用光纤导光,将传感部分独立出来,可进行远距离传感和现场检测,并能有效缩小系统的体积。对称光波导型(SOW)SPR因金属膜层两边的折射率完全相同,表面等离子体波传播距离更长,穿透深度更深,比传统的SPR系统具有更高的灵敏度和分辨率。对对称波导型(SOW)SPR进行光谱解调研究,以MgF₂-Au-MgF₂结构的SOW-SPR为传感单元,同时以光纤输出的卤素灯为光源, 搭建了一套光谱解调的SOW-SPR检测系统,以不同浓度的葡萄糖溶液对系统折射率分辨率进行测量,得到2.8×10-7 RIU的分辨率。为SOW-SPR系统小型化、现场检测以及远距离探测提出一种可能实现的手段,具有很好的应用前景。     

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。     

线性滤波法高速解调技术中的测量有效性研究

光纤光栅在不均匀应变场中会由于其反射谱的展宽而带来测量误差.线性滤波法是一种适合于高频瞬变信号的解调方法, 在光纤光栅参数取典型值时, 使用传输矩阵法对线性滤波法解调光纤光栅在不均匀应变场中反射谱的过程进行了数值模拟.模拟结果表明, 固定应变峰值为3000 με, 应变波波长大于0.0025 m时, 测量相对误差不超过3 %;固定应变波长0.05 m, 应变波幅值小于10000 με时, 应变误差不超过0.25 %.使用Hopkinson压杆装置对数值模拟结果进行了验证, 结果与数值分析结论较为吻合.     

FBG传感器复用解调异常的研究

基于光纤布拉格光栅应变传感器的解调原理,分析了传感器性能蜕化时应变传感系统中解调异常的问题,通过理论推导及模拟仿真,发现了存在解调的测量峰值波长少于实际传感器数量的现象,并提出了解决方法,在工程应用中对此进行了验证,证实了方法的有效性。