光纤光栅高温应变测量及工作温区调控方法

光纤光栅由于自身材料限制,当测量500 ℃以上高温应变时,基底材料的热膨胀通常会导致光纤光栅断裂,因而在高温环境中光纤光栅的应用受限。为解决此问题,该文提出了一种为光纤光栅提供冗余光纤高温应变测量思路,探索了冗余光纤的控制方法及工艺。通过搭建测试高温应变实验平台,对冗余光纤控制方法进行了实验验证。实验结果表明,此方法封装的光纤光栅可实现500~1 000 ℃下应变测量,进行应变测量时表现出良好的线性特性,相关系数超过0.999,应变灵敏度为1.44 pm/με,与常温下光纤光栅性能相同。该方法操作简单,具有可重复性,极大地提高了光纤光栅的高温应变测量范围,具有良好的应用前景。     

基于CSAPSO-BP神经网络的光纤陀螺温度补偿研究

光纤陀螺是惯导系统的重要组成器件,环境温度变化会造成光纤陀螺的零偏发生漂移,从而降低测量精度。运用传统的BP神经网络进行预测易陷入局部极小值,导致补偿失败。该文采用混沌模拟退火粒子群BP神经网络的光纤陀螺零偏温度补偿模型,优化了网络参数。通过在-40～60℃的升降温实验对模型进行验证,实验结果表明,该温度补偿模型的零偏稳定性比补偿前约有70%的精度提升,与以往BP模型相比,其预测性能和补偿效果更好。     

基于HHT的光纤惯导系统级标定改进算法

传统的系统级标定方法是将温箱压缩机、转台电机等环境引起的随机噪声视为白噪声,而实际过程中输出信号具有非平稳和非线性特征。最小二乘拟合法是一种线性回归方法,利用该方法求解的误差系数成为制约光纤捷联惯导系统实现高精度的关键因素之一。针对上述问题,该文提出了一种基于希尔伯特-黄变换的捷联惯导系统级标定改进算法。通过希尔伯特-黄变换去除惯性仪表原始输出信号中的高频随机噪声,再利用系统级标定法计算惯性测量单元(IMU)误差参数。经多组试验证明,该方法能够有效提高IMU误差参数辨识的准确性,1 h的动态导航位置误差相对减少约10%。     

一种43 GHz超高带宽线性驱动电路设计

基于0.13μm SiGe BiCMOS工艺,设计了一种线性驱动电路。该电路具有高速和大摆幅的优势,能线性驱动行波马赫-曾德尔调制器(TW-MZM),可满足光通信系统100 Gbit/s单通道的应用需求。驱动电路包括连续时间线性均衡(CTLE)电路、可变增益放大(VGA)电路和基于Cascode结构改进优化的输出级电路,实现了增益可调,且避免发生由较大输出摆幅导致的晶体管击穿。仿真结果表明,电路的-3 dB带宽为43 GHz,其增益在15～25 dB内可调。在56 Gbaud NRZ/PAM4的输入信号下,测得的眼图形状良好,差分输出摆幅峰-峰值达4 V,电路整体功耗为1.02 W,面积为0.33 mm²。     

多高斯关联扭曲光束在GRIN光纤中的轨道角动量演化

轨道角动量(orbital angular momentum, OAM)的引入丰富了光通信领域内的调制维度,为寻找更高效快捷的通信方式提供了新思路,相较于传统携带涡旋相位的涡旋光束,部分相干扭曲光束携带的OAM性质更为复杂。本文针对椭圆多高斯关联扭曲光束在梯度折射率(gradient-index, GRIN)光纤中的OAM传输,基于GRIN光纤的ABCD光学传输矩阵,着重分析了多高斯关联扭曲光束在GRIN光纤传输的OAM的传输演化特性。研究结果表明,光束的光强、OAM通量密度以及归一化OAM通量密度在光纤传输过程中均呈现周期性变化,通过对关联结构以及扭曲因子的调控不仅可以改变光束OAM通量密度的分布,还可以调控单光子携带OAM的大小。本文的研究有助于丰富扭曲部分相干光束在GRIN光纤中传输的理论结果,在光纤通信中具有潜在的应用前景。     

光纤电压传感器传感头优化与热致非互易误差抑制

针对普通光纤电压传感器在外界温度扰动下其输出精度和稳定性会受到严重影响这一问题,本文提出了一种采用保偏光子晶体光纤(polarization maintaining photonic crystal fiber,PM-PCF) 作为传感光纤的传感头优化方法抑制温度扰动下的系统非互易误差。在综合考虑PM-PCF与传统熊猫型保偏光纤(panda polarization maintaining fiber,panda-PMF) 尾纤间的熔接损耗、传输损耗以及现有工艺条件下的光纤制备等问题的基础上,优化得到了与panda-PMF间的熔接损耗低至0.14 dB的PM-PCF;并对比分析了这两种保偏光纤的双折射温度依赖特性,建立了全光纤类型的光学电压传感器(fiber optic voltage sensor,FOVS) 热致系统误差输出模型,分析验证了PM-PCF在解决反射式逆压电型FOVS热致非互易问题的可行性。结果表明,采用PM-PCF优化后的FOVS热致非互易误差约是传统保偏光纤电压传感器 的10-2量级。这在提高系统输出精度和稳定性等方面具有显著优势,同时这种低损耗的优化方法在光纤传感及通信等领域具有重要的应用价值。     

一种双梁互补式光纤光栅位移传感器及在地铁隧道变形监测中的应用

本文提出了一种双梁互补式光纤光栅(fiber Bragg grating, FBG)位移传感器,实现了正负双向位移的测量。采用双“悬臂梁+楔形滑块”的结构,当一个悬臂梁受位移作用处于变形状态时,另一个悬臂梁不变形并提供温度补偿功能。传感器处于零值测点状态时,两个悬臂梁处于零弯曲状态,且双梁互为温度补偿,消除了温度影响。通过性能测试实验证明,该传感器在±50的量程内,灵敏度为29.369 pm/mm,测量重复性好。制备出8个传感器应用于某市地铁的变形安全监测,从道床沉降、道床环缝、管片环缝3个方面开展了变形测量。在长期监测期间,传感器工作稳定,被测结构变形状态稳定,表明该传感器具有良好的测量性能,适用于长期的结构健康监测。     

高精度光纤陀螺检测电路串扰自检测研究

光纤陀螺检测电路应用过程中,受到自检测方案的影响,导致串扰故障检测所需测试矢量较多。因此,提出高精度光纤陀螺检测电路串扰自检测研究。分析光纤陀螺数字闭环检测原理,并提取检测电路串扰特征。根据闭环电路的连续信号微分方程,计算等效模拟输入转速。结合数字阶梯波算法,设计电路串扰检测方案。再计算地球自转角速率的分量测量死区,得到电路串扰测量结果。仿真结果表明：所提出的串扰自检测方法,与嵌入式“反射器”的新型谐振陀螺仪和多导体传输线串扰不确定性问题的计算方法相比,当串扰故障覆盖率为80%,本文方法的矢量数量为46个,降低了自测试所需的成本。     

微带磁流振子天线综述

文章综述了微带磁流振子天线的最新发展情况,从理论上对比了微带磁流振子天线和电流振子天线的辐射机理,阐述了微带磁流振子具有水平极化和高增益的新颖性,最后介绍了微带磁流振子在新型天线阵列、圆极化天线、高增益天线的应用。     

电力超长距光传输系统中低噪声指数国产化ＥＤＦＡ设计及系统应用研究

特高压是我国新基建的重要组成部分,受限于当前国际环境和我国地理环境的影响,电力通信网络长距离、国产化还面临着诸多问题。文章设计了一款基于国产化器件,采用波长优化、窄带滤波器级联、泵浦功率非均匀分配等技术的全国产化的超低噪声指数的EDFA,通过仿真设计和实验,分别验证了超低噪声指数放大器及其构成的电力超长跨距SDH系统,可实现250km G.652光纤、51dB跨度的电力通信网络光传输系统。