基于LabView的光纤电流互感器一体化测试系统设计

光纤电流互感器日益成为电力系统中最重要的设备,在实用化研究中,光纤电流互感器的检测精度是重要的指标之一,而被测电流的谐波和光纤电流互感器内部的噪声往往影响其测量的准确性。因此对光纤电流互感器谐波的检测以及对其解调算法实用性的验证非常重要。为进一步的谐波治理提供依据及验证解调算法能否有效运用问题,在详细分析现有的谐波检测理论和两种解调算法原理的基础上,设计了一种基于虚拟仪器LabView的光纤电流互感器谐波检测及解调算法测试一体化系统,在快速检测电流各次谐波电平的同时解调出被测电流的信息并对比验证两种解调算法的可行性与优越性,验证结果表明第二种解调算法的精度明显优越于第一种解调算法,更能适用于光纤电流互感器的信号解调。     

新型轻量化可见光光谱仪成像系统研究与分析

利用衍射光学元件消色差和对波面进行任意整形及自由曲面光学元件校正像差的特性,将衍射光学元件和自由曲面光学元件应用于传统可见光光谱成像光谱仪成像系统中,提出了一种新型的可见光光谱成像光谱仪成像系统,基于衍射光学元件独特的负色散特性,用一片折射/衍射混合光学元件代替传统的双胶合透镜来实现消色差,基于自由曲面光学元件的多自由度特性,在系统中引入两个自由曲面光学元件对系统中的像差进行有针对性的校正,针对具体的设计实例给出了详细的设计步骤,设计结果表明,在相同的参数指标前提下,新型系统仅为4片式结构,和传统系统相比,重量减轻22.9%,总长缩短26.6%,最大口径减小30.6%,调制传递函数值最大提升为1.0视场,调制传递函数值提高0. 35,最大畸变减小1.6%,最大垂轴像差减小56.4%,轴向色差减小59.3%,新型系统各方面的性能都得到了较大的改进,为现代高性能、轻小型可见光光谱成像光谱仪成像系统设计提供了一种新的途径。     

光谱吸收型光纤气体传感器解调系统的研究

提出了一种基于计算机的光纤气体传感器谐波检测的实验室解调方案。系统采用分布反馈式半导体激光器和数据采集卡,并利用所设计的解调软件进行信号解调,实现了气体浓度的谐波检测,并能实时显示采集波形及分析波形。     

基于DMD光谱可调的星模拟器光源光学系统设计

为满足在各种谱线分布下对星敏感器探测能力的高准确度标定,提出了一种基于数字微镜器件的光谱可调星模拟器光源光学系统设计方法,以解决星模拟器与星敏感器观星色温不匹配对星敏感器光信号定标准确度产生的问题.首先,根据设计指标选取Czerny-Turner型光学系统为光源光学系统,对Czerny-Turner型光学系统的彗差和象散进行分析,选取消彗差的Czerny-Turner结构;其次利用MATLAB程序求解Czerny-Turner型光学系统初始结构并应用ZEMAX对其进行优化;最后对光学系统进行公差分析.公差分析结果表明,在400~1 100nm的工作谱段范围内,光学系统的光谱分辨率小于2nm,设计结果满足要求,有效降低了光谱不匹配带来的定标误差.     

基于LabVIEW的高分辨率光谱测试系统(英文)

提出了一种基于LabVIEW的无源器件光谱测试方案.通过LabVIEW编程控制可调谐激光器、可编程光滤波器、光功率计和数据采集平台,获得了具有不同传递函数的光谱特性.实验中激光器的扫描速度为10nm/s,扫描范围为10nm,数据采集卡的采样速率为1MS/s,结果表明:单个器件的光谱测试可以在1s内完成,光谱分辨率可达1pm;与利用宽带光源和光谱分析仪的传统光谱测试方法相比,所提方案的测试性能可达到传统方案水平,且能显示更精细的光谱细节.该方案能应用于有高分辨率、快速和高效要求的光谱测试中.     

光纤瞬态高温传感器及动态测试系统

为了解决特殊环境下的瞬态高温测量, 设计了一种基于黑体辐射的光纤高温传感器及动态测试系统。根据辐射测温的基本原理, 结合光纤传感技术, 采用了“接触-非接触”测量方法和光纤光栅窄带滤波技术, 提高了测量精度, 减小了背景光的影响。由于瞬态温度随时间变化快, 动态误差大, 探索了一种利用大功率高频CO2激光器作为激励源, 用激光脉冲加热被校传感器。用测得的温度信号对被校传感器进行可溯源高温动态校准的新方案。实验结果表明, 系统测温范围为800～2000 ℃, 并具有精度高, 响应快, 抗电磁干扰, 性能稳定的特点, 解决了热电偶响应速度慢, 寿命短的缺陷, 为冶金、石油、化工、武器研制等领域的瞬态高温测量提供了一种新的测试手段。     

一种LED光能收集光学系统的设计

LED作为照明光源在现代光电仪器中得到广泛应用,光能利用效率与光学系统形式密切相关.针对将大发散角LED的光高效会聚到光纤接收端面的需求,提出了一种椭球面和聚光透镜组合光学系统设计的思路.推导了椭球面几何参数、聚光透镜高斯参数等的计算公式,讨论了此类光学系统设计必须满足的约束条件.实例验证了设计方法的可行性.     

一种新的白光光纤传感系统波长解调方法

提出了一种新的白光非本征法布里-珀罗干涉（EFPI）光纤传感系统的干涉谱处理方法,在白光法布里-珀罗干涉光纤传感系统中,一个中心波长为850nm的发光二极管（LED）作为宽谱光源,HR2000高分辨力微型光谱仪用来测量返回的干涉光谱。通过跟踪干涉光谱中的特定谱峰点,法布里-珀罗干涉传感器的腔长值可以被解调出来。应用反向传播神经网络,解决了单峰测量方式的级次模糊问题。反向传播神经网络能够分辨出干涉谱中不同谱峰的干涉级次,因而可以进行多个谱峰的连续跟踪。从而实现了高精密度、大动态范围的测量。进行了基于这种干涉谱处理方法的白光法布里-珀罗干涉传感系统的应变测量实验。利用该传感系统实现了精密度达0．1με,500με范围的应变测量。     

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。     

一种光纤SPR传感器光谱降噪的新方法

根据光纤SPR传感器光谱的特点和实验系统的实时性监测要求,提出了一种新的降噪方法--移动小波提升算法.该方法脱离傅里叶变换,将复杂滤波过程分解为若干可逆简单过程,处理快而准,无须额外内存.在共振波长为557.70 nm的理论光谱上加一定强度的高斯白噪声,得到了仿真光谱模型.分别用基于Haar,CDF(3.1),DD(4,2)和5/3小波的移动小波提升算法对此模型进行降噪,得到共振波长分别为556.45,564.06,557.27和557.91 nm.最后一种算法相对误差最小,仅0.037 7%.这比用经证实降噪效果较好的symletll小波降噪法得到的0.043 03%更低.不同时刻采集同一检测系统的多组光谱,其共振波长标准偏差为4.186 7 nm,经新算法降噪后降为1.560 8 nm,也优于symlet11小波降噪法的2.725 3 nm,研究表明,用移动小波提升算法降噪有效抑制了系统噪声,减小了噪声对检测共振波长的影响,保证了光纤SPR传感器的检测精度.     

一种非旋转对称"花瓣形"相位板的检测系统设计

提出了利用计算全息图检测非旋转对称的"花瓣"形位相板.分析并推导了光线经过"花瓣"形相位板传播中的高阶像差的理论公式,并以此为指导进行了"花瓣形"相位板的检测系统的设计,给出了设计的结果.讨论了计算全息图衍射级次的分离以及计算全息图的二元化,给出了振幅型的计算全息图的图样.计算全息图的刻线最小间隔是20 μm,计算全息图的制作精度对检测结果的波前误差的影响仅仅为0.005λ.对检测系统作了详细的公差分析,结果表明所有调整公差对整个检测系统的影响和方根值为103.187 nm.     

一种三次非旋转对称的相位板的检测系统设计

作为零位干涉检测方法中非常有前途的一种方法.计算全息可以用于非旋转对称的非球面的检测.以三次相位板为例,阐述了利用计算全息图检测非旋转对称的非球面的基本原理.分析并推导了三次相位传播过程引入的高阶波像差的理论公式,给出了三次相位板的检测系统的没计结果.详细讨论了计算全息图衍射级次的分离以及计算全息图的二元化,给出了振幅型的计算全息图的图样.计算全息图的刻线最小问隔是40μm,计算全息图的制作精度对检测结果的波前误差的影响仅仅为0.005λ.对检测系统作了详细的公差分析,结果表明所有调整公差对整个检测系统的影响和方根值为83.954 nm.     

利用光纤激光器光谱边带效应测量光纤色散

基于被动锁模光纤激光器中色散波与孤子波的相瓦干涉产生的光谱边带效应,提出了一种测量单模光纤色散系数的方法.测量了各级边带中心波长的偏移量,利用边带偏移量与腔内总色散之间的关系,得到腔内总色散值.不同长度的同种光纤构成的环形腔,其总色散值不同,它与光纤长度的变化斜率即是待测光纤的色散系数.搭建了被动锁模掺铒光纤激光器平台,在1560 mm波段测量了G.652常规单模光纤的色散系数,实验值为16 ps/(mm·km),与典型值17 ps/(nm·km)符合得很好.     

共口径宽光谱复眼光学系统设计

为了扩大复眼光学系统的接收光谱,研究了一种可见光、长波红外复眼光学系统.推导了双波段共焦面方程,建立了子眼系统与接收系统的匹配要求.子眼光学系统的工作波段为0.38~0.78μm和8~12μm,焦距为5mm,相对孔径为1∶3,视场为10°.两个波段的子眼系统成像位置均为2.92mm,相邻的两个中心光轴夹角为4.016°,共650个子眼,合并后的视场为90°.接收系统的焦距为4mm,视场为80°,相对孔径为1∶3.子眼系统和接收系统的图像质量良好,在-40~60℃的温度范围内无热差影响.     

轻小型星敏感器光学系统的设计

介绍了星敏感器的工作原理,对光学系统的指标进行详细的分析,给出光学系统的设计结果和评价.设计得到的镜头焦距22.7 mm,相对孔径1:1.4,视场角17.1°×17.1°(圆视场角24°),而长度仅45.3 mm.由七个球面透镜组成,光阑放在第二、三透镜之间.     

Novel Optical Delay Line for Optical Coherence Tomography System

A novel all-fiber optical delay line for an advanced optical coherence tomography (OCT) system is proposed. Using the distributed reflectance characteristic of a chirped fiber Bragg grating (CFBG), the optical delay can be obtained without leaving the fiber that forms the system. The proposed delay line consists of a pair of identical CFBGs. The gratings are cascaded in reverse order to cancel the inherent wavelength dependency of CFBGs. Tunable optical delay is obtained by applying small strain on one of the CFBGs through an attached piezo actuator. The small displacement induced by the piezo actuator is amplified by a factor of up to 100 due to the distributed reflectance characteristic of the CFBGs. This principle and characteristics of the proposed optical delay line are analyzed in detail.     

新型CCD显微镜光学系统设计

提出了一种新型的长江作距离短镜筒透射式的ＣＣＤ显微镜，并作了详细地分析，给出该系统的光学设计结果和数据。     

一种折反式光学系统的消杂光设计

针对一种折反式光学系统相机遇到的消杂光问题,根据杂光计算结果对相机进行了消杂光设计,通过试验对杂光计算结果进行了验证,试验结果与计算结果吻合,验证了消杂光设计的正确性。进行消杂光设计后,相机的杂光系数满足设计指标要求,有效地减小了杂光对图像质量的影响。     

光纤参变放大器光纤长度的优化设计

随着高输出功率掺铒光纤放大器和高非线性光纤的出现和使用,光纤参变放大器(OPAs)中出现了越来越多的增益饱和现象,这是光放大器中应该尽量避免的。对此,提出了依据光纤参变放大器的光纤非线性系数、抽运光功率、信号输入功率等参量对光纤长度进行优化设计的解决思路。明确提出最佳光纤长度的概念,即在其他参量一定的情况下使信号增益或信号输出功率达到最大所需的最小光纤长度,而且最佳光纤长度有利于提高光纤参变放大的增益带宽和波长转换带宽。通过数值积分求解描述光纤参变放大过程的非线性耦合方程,并运用控制变量法深入研究了最佳光纤长度与光纤非线性系数、抽运光功率、信号输入功率的关系。最后用最小二乘法进行数据拟合确定系数,得到简洁、实用的最佳光纤长度解析表达式。与已有实验结果比较表明,该解析式可很好地用来计算和优化光纤参变放大的光纤长度。