基于法拉第旋镜的干涉型光纤传感系统偏振相位噪声特性研究

偏振诱导信号衰落现象的抑制是干涉型光纤传感系统的关键技术之一. 针对法拉第旋镜(FRM)法抑制偏振诱导信号衰落技术的残留偏振相位噪声问题进行了深入的理论和实验研究. 运用琼斯矩阵法建立了基于法拉第旋镜的干涉型光纤传感系统偏振相位噪声的理论模型; 分析了影响系统偏振相位噪声的主要原因: 法拉第旋镜的旋光角度偏差、入射光偏振态调制度、干涉仪两臂光纤双折射; 提出了相应的抑制偏振相位噪声的方法. 详细仿真分析了入射光偏振态调制度对干涉型光纤传感系统偏振相位噪声的影响, 仿真分析得出若法拉第旋镜旋光角度偏差为最大工艺制造误差1°, 当入射光偏振态调制度为1.84 rad时, 系统可能出现的最大偏振相位噪声为0.0815 rad. 最后, 搭建了基于M-Z型偏振态调制器的偏振相位噪声测试系统, 测试了在传输光纤受到外界偏振扰动的情况下, 干涉传感系统存在的偏振相位噪声, 实验测试结果与理论分析结果基本一致, 有力地证明了该偏振相位噪声理论分析模型的正确性.     

干涉型长距离分布式光纤传感系统

提出了并验证了一种新型的以迈克耳辽干涉为基础的调频连续波干涉型长距离分布式光纤伟系统，系统在干涉仪的参考回路巧妙地引入了一个带有移频器的光学回路，使系统连续测量范围增加到４倍，达４８ｍ。     

干涉型光纤传感器及阵列的分集检测消偏振衰落技术的研究

对干涉型光纤传感器的分集检测消偏振衰落技术进行了新的理论分析，提出了将各种信号平方后相加的信号处理方式，使之能实现单元及阵列的实时消偏振衰落信号检测。计算了这一信号处理方式可能引起的幅度最大波动，并得出三路检测偏是分集检测的一个合适取值的结论。根据理论分析，在马赫－陈德尔干涉仪上进行实验研究取得了较好结果，并设计了用于阵列的分集检测实现方式。     

基于偏振干涉的光纤光栅传感解调方法

提出了一种新型的应用于光纤布拉格光栅传感器的波长移动探测方案.研究基于保偏光纤的光纤环镜结构并建立理论模型,分析其输入光波长和输出光功率分配特性并进行数值仿真和实验验证.结果证明该装置结构简单、稳定性好、检测精度高且可通过调整光纤环镜参数调节测量范围和精度.在大于１ nm解调范围内,波长平均解调精度小于1 pm. 关键词： 传感解调 偏振干涉 光纤环镜     

干涉型光纤传感阵列的电光调制消偏振衰落技术

提出了一种新型的干涉型光纤传感器阵列的消偏振衰落技术。在时分复用系统中,在全保偏传感基元的基础上,使用单模光纤做传输光纤搭建系统,通过对输入偏振态进行高频调制,能够在光强有所下降的情况下较好地解决了系统的偏振衰落问题。理论分析证明,当EOM相位调制的初相位设置为π/4,采样率和相位调制频率设置恰当时,通过PGC内调制解调技术可实现消偏振衰落。在理论分析的基础上进行了MATLAB软件模拟,解调出来的信号与原始信号基本重合。     

偏振态调制的偏振无关干涉型光纤传感器

针对低双折射光纤双束干涉型传感器的两臂偏振态随机变化引起的信号衰落提出了一种新型的光纤传感器结构。通过在双束干涉仪的一臂中加入适当的对光波偏振太的高尖三角波或正弦波调制的偏振制，可以在干涉中见度略有降低的情况下消除偏振衰落的影响，实现偏振无关的干涉型光纤传感器。     

干涉型光纤法布里-珀罗传感系统抗噪方法的实验研究

对于干涉型光纤法布里-珀罗(FFP)传感系统,外界环境对解调干涉仪的扰动是其主要噪声源之一。在光纤布拉格光栅构成的FFP传感系统中,对比分析了采用参考传感器和参考光源两种抗噪方法。实验结果表明,对于单频和宽带干扰,两种方法均可提高信噪比到40dB。而且由于采用窄线宽光纤激光器作为参考光源的噪声水平较低,其差分探测结果具有更好的抗噪效果。     

用于干涉型光纤传感系统的相似性解调方法

基于扫频激光器和马赫-增德尔干涉结构的光纤传感系统,针对扫频激光器的频率步进不够精细导致干涉臂长差解调结果不精确的问题,提出了一种相似性解调方法.该方法通过在频率步进范围内进一步细分,构造相应细分值的模拟函数,与采集到的干涉信号进行相似性对比,相似性最大时所对应的模拟干涉臂长差即为精确结果,并通过仿真与实验验证了该方法的可行性.实验表明该系统中干涉臂长差的解调范围为2~17 mm,该范围内解调结果最小分辨率为1μm,可以达到测试量程万分之一的分辨率,且抗干扰能力强、精度高,可实现信噪比大于6.87 d B时信号的解调.根据解调原理,在不强调实时性的应用中,可以通过提高细分的精细度,进一步提高系统分辨率.     

基于复合干涉的光纤低相干干涉传感系统研究

研究一种能够进行远程及绝对测量的光纤低相干干涉传感系统。该系统包含两个光纤干涉仪,其中一个光纤干涉仪置于被测场中感应被测量的变化,可实现远程测量;另一个光纤干涉仪解调被测量的值。运用波分复用技术,使用于解调的光纤干涉仪同时工作于低相干干涉和高相干干涉状态。用低相干干涉信号决定被测量的幅值,对被测量实现绝对测量,并使测量量程不受波长限制;同时,用高相干干涉信号对被测量进行高精度的测量。系统的测量量程为6mm,测量分辨率小于1nm,位移实验结果的线性相关系数R为0.99。     

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.     

椭芯光纤干涉型多参量光纤传感技术

本文提出用椭圆纤芯高双折射光纤偏振干涉和双模干涉结合的双技术四参量以及双模干涉多参量同时测量的传感理论和实验原理，对交叉灵敏度作了分析，同时给出了误差分析，并结合理论模型对灵敏度矩阵的状态作了粗略估计。初步结果为：（１）灵敏度矩阵条件数不太大，可以采用迭代改善方法解线性方程组得到较好的解；（２）双模干涉传感器的灵敏度比偏振干涉传感器的灵敏度高两个数量级。     

远程干涉型光纤传感系统的非线性相位噪声分析

以远程干涉型光纤传感系统为背景, 研究了系统非线性相位噪声构成, 对各构成要素的具体影响进行了详细分析和综合评价, 简要讨论了噪声抑制方案. 研究表明, 系统相位噪声主要包括强度噪声转化而来的相位噪声、非线性效应引起激光 线宽展宽导致的相位噪声以及自相位调制和交叉相位调制引入的相位噪声. 受激布里渊散射和四波混频可引入强度噪声并转化为相位噪声, 对于探测带宽较窄的光纤传感系统, 四波混频引入的该部分噪声往往可以忽略. 受激布里渊散射、四波混频和调制不稳定性都可引起激光线宽展宽从而造成相位噪声的增大. 当系统信道数目较多时, 交叉相位调制对相位噪声的贡献不可忽略. 所得结论对远程干涉型光纤传感系统的实际应用具有重要的指导意义.     

空间电扫描型低相干干涉长距离光纤传感解调系统

基于双超辐射发光二极管(SLED)光源研究了空间电扫描型低相干干涉长距离光纤传感解调系统。通过负透镜扩束搭建了紧凑解调干涉光路,分析了双SLED光源功率比对低相干干涉条纹形态的影响并探讨了传输损耗的功率比补偿。针对双SLED光源干涉条纹的特点,提出了双阈值的任意极值解调算法,并进行了压力解调实验。结果表明,在50~180 k Pa的压力范围内,利用不同峰值,可以实现0.24%~0.40%F.S.(F.S.为全量程)的解调精度,光纤传输距离达到1.76 km,与理论分析吻合。     

基于干涉解调技术的光纤光栅传感系统

介绍一种基于干涉解调技术的光纤光栅传感系统 ,用非平衡波长扫描迈克耳孙干涉仪将来自传感光栅的包含应变信息的波长信号变为相位信号 ,借助相位计显示的相位变化确定待测应变的大小。该传感系统具备分辨5 .5nε的能力 ,其灵敏度的实验值为 1.80° με,与预期值 1.83° με基本吻合     

利用全光纤干涉解调技术的光纤光栅复用传感系统

提出了一种用于光纤光栅传感波长检测的新方法。系统采用全光纤Mach Zehnder干涉仪,运用动态的自参考相位检测方式,结合微机实时处理技术,实现了对三点复用传感器的高分辨率(0.99pm)解调,单点测量范围达3.32nm。系统结构简单、成本低,可以同时检测静态和低频动态信号。     

基于M-Z干涉的光纤围栏系统实验研究

对基于M-Z干涉技术的光纤围栏系统进行了实验研究.讨论并分析了M-Z干涉技术在光纤围栏系统中的应用原理.利用M-Z干涉技术和互相关技术,在总计60 km的光纤上进行了单点和两点扰动的原理性实验.在采样速率为20 MHz时,理论上最高可达10 m的定位准确度.     

偏振分集技术及其在光纤传感器中的应用

研究了偏振分集技术消除干涉型光纤传感器中偏振衰落问题的基本原理及实现方法.理论分析表明,偏振二分集可大大缓解偏振衰落.搭建光纤传感系统对偏振二分集技术进行了实验验证,实验中单路最小可视度接近0,而偏振二分集得到的最小可视度为0.4.实验结果表明系统采用的相位载波调制解调技术实现了信号的稳定检测.     

干涉型光纤传感器输入偏振态反馈控制的理论分析

对光纤干涉仪输入偏振态的反馈控制机理进行了新的理论分析和研究，得出了反馈控制系统的反馈信号，分析了光纤偏振控制器电压初值要求和该反馈控制系统可能存在的稳定点，并建立了反馈控制模型，分析结果与文献中的实验现象一致。