基于3×3耦合器的光纤水听器时分复用系统的光强补偿方法

提出一种在光纤水听器时分复用系统中以3×3耦合器作为匹配干涉仪的光强补偿方案,光纤水听器仍为2×2耦合器结构。该方案以时分复用中的非干涉脉冲作参考光强,通过对3×3耦合器两路输出进行简单数学运算并结合数字反正切技术实现信号解调,光强波动和耦合器分光比变化导致的信号畸变得到有效抑制。算法不需要载波调制,可实现光纤水听器近似等臂干涉,有利于降低系统相位噪声。算法的运算量小且适用于一般的非对称3×3耦合器,解调动态范围大。利用该方案实现了8路光纤水听器时分复用实验系统,在光功率变化约10%时,光强补偿方法可将总谐波失真平均值降低30dB,系统噪声本底在信号频率为1kHz时小于30μrad/Hz1/2。     

带空气腔芯轴型光纤水听器特性研究

对带空气腔芯轴型光纤水听器进行了研究和试验验证.分别建立了二维和三维模型对水听器性能进行分析,给出了两种模型下的水听器相移灵敏度计算公式;小批量制作了22个该结构的水听器并进行了测试.试验数据与模型计算结果十分吻合.结果表明,三维模型计算结果比二维模型更为准确,频带内均方根偏差大部分都小于0.3(dB·re·rad)/μPa.试验采用的水听器相移灵敏度为－153(dB·re·rad)/μPa,其归一化相移灵敏度达到－308(dB·re·1)/μPa.同时,该模型可以更好地根据实际需要来设计不同尺寸和性能的水听器结构.     

20 Hz~10 kHz光纤水听器相移灵敏度校准

利用相位生成载波解调技术精确测量光纤水听器的光相移量,在20 Hz~10 kHz频率范围实现了光纤水听器探头相移灵敏度的校准.20 Hz~1.25 kHz频段采用驻波管比较法进行校准,1.25 kHz~10 kHz频段采用自由场脉冲比较法进行校准.利用本文建立的校准系统,对TMD 35#光纤水听器的相移灵敏度进行校准,校准结果表明,两种方法测得的相移灵敏度具有很好的一致性,在1.25 kHz频率点的相移灵敏度值偏差为0.8 dB.不确定度分析表明,该校准系统的扩展不确定度(k=2)为0.9 dB.     

20Hz～10kHz光纤水听器相移灵敏度校准

利用相位生成载波解调技术精确测量光纤水听器的光相移量,在20 Hz～10 kHz频率范围实现了光纤水听器探头相移灵敏度的校准.20 Hz～1.25 kHz频段采用驻波管比较法进行校准,1.25 kHz～10 kHz频段采用自由场脉冲比较法进行校准.利用本文建立的校准系统,对TMD 35#光纤水听器的相移灵敏度进行校准,...     

干涉型光纤传感器相位生成载波技术研究与改进

对干涉型光纤传感器的相位生成载波解调技术进行了研究.对PGC算法进行了数学推导和仿真计算,对数字低通滤波器进行了详细分析,给出了其影响PGC解调性能的原因及数字滤波器的设计方法.讨论了传感器干涉光强对PGC算法输出结果的影响,提出了改进的PGC算法,该算法可以有效的实现自动增益控制,消除干涉光强漂移对解调的影响,并大大减小由干涉光强引入的系统噪音;还可以在有限阶数低通滤波器的情况下,极大的增加系统可解调的大信号幅度,提高系统动态范围12 dB以上.     

光纤水听器时分复用系统通过3×3耦合器信号解调的一种新算法

提出了在光纤水听器时分复用系统中采用3×3耦合器解调信号的一种新算法。在该方案中,光纤水听器仍为2×2耦合器结构,3×3耦合器作为匹配干涉仪,利用其三路输出的线性组合和数字反正切技术实现信号解调,解调中使用的参数通过奇异值分解和椭圆拟合得到。该方案不需要载波调制,可实现光纤水听器近似等臂干涉,有利于抑制系统相位噪声。算法的运算量小且适用于一般的非对称3×3耦合器,解调的动态范围很大。最终利用该方案实现了两路光纤水听器时分复用的实验系统,在1 kHz时,系统的噪声本底为31μrad/Hz,动态范围超过125 dB,串扰小于64 dB。     

3维VSP光纤检波器井下地震采集系统

介绍了一种用于石油勘探的井下3维VSP(Vertical Seismic Profile)采集系统设计方案,实验验证该系统达到了可测量动态范围80 dB(可测量最大值与最小之比),系统采集、处理和传输的总延时低于200 ms(2 kbit/s采样率)的指标,适用于井下VSP采集.系统采用六级光纤加速度传感器组成阵列,其中每级传感器由三个麦克尔逊干涉仪构成.使用高速DSP处理芯片实现相位产生载波(Phase Generated Carrier,PGC)解调等算法以获得地震波信号;同时应用多个ARM处理器设计光纤检波器阵列控制器以及阵列内部总线.     

一种可用于油藏监测的3分量光纤加速度传感器

研制了一种可用于油藏监测的3分量光纤加速度传感器。该传感器通过3个单方向传感单元分别获得3个正交方向上的被测加速度分量,每个传感单元是一质量-弹簧系统,通过波纹管与顺变材料构成复合弹性体,并采用光纤干涉结构将被测加速度通过解调光纤中的相位变化反映出来。实验数据表明,该加速度传感器具有良好的线性度、一致性和稳定性。系统的工作频带范围为10Hz至800Hz,其轴向灵敏度为38dB re rad／g,交叉法去敏度达到32dB re rad／g,最小可检测加速度为39．3μg／Hz^1／2。     

基于固定相位延迟的相位生成载波检测方法

为了克服光源频率调制深度、信号相位延迟、伴生调幅等参数对基于正交项解调的相位生成载波(OT-PGC)解调方法的影响,提出一种基于固定相位延迟的PGC检测方法(FPD-PGC),采用3×2耦合器产生固定相位延迟,分别利用两路信号的倍频信号进行解调。详细阐述了该方法的检测原理,分析了关键参数的影响。当伴生调幅系数为0.4时,仿真对比了FPD-PGC方法与OT-PGC方法的解调性能,结果表明新方法谐波比提高30dB以上,系统信噪比(SNR)也有显著改善。对实际信号进行解调,得到了类似结果。分析及实验表明该方法完全消除了信号相位延迟的影响,较好地抑制了调频深度和伴生调幅的影响。     

镀高折射率纳米膜的长周期光纤光栅特性研究

针对镀高折射率纳米膜的长周期光栅,建立了传感理论模型,研究了长周期光栅的谐振波长与纳米膜厚度及外界折射率的关系,给出不同纳米膜厚度下长周期光栅不同包层模式重组特性.研究发现,当长周期光栅外面镀上一层沿角向均匀分布的纳米膜时,随着膜厚变化会出现包层模分布的明显调制;适当选择镀膜参数和外界介质折射率,最低次包层模式HE1,2会成为镀膜层中的导模,其他的包层模式将会发生模式转换现象;对于较低次包层模式(如HE1.6),在模式转换的时候存在两步转换,而高次的包层模只有一步转换(如HE1.14).同时给出了包层模式转换对外界折射率响应的关系:当膜层厚度增加时,长周期光栅模式转换现象移至低折射率区域.