級(jí)聯(lián)長(zhǎng)周期光纖光柵的光纖布拉格光柵解調(diào)系統(tǒng)

根據(jù)理想模展開下的耦合模方程,對(duì)光纖布拉格光柵的峰值反射率公式進(jìn)行了數(shù)學(xué)推導(dǎo),得到了布拉格光纖光柵的光譜反射率表達(dá)式。全面討論了光柵周期、光纖柵長(zhǎng)、光致折射率微擾最大值等參數(shù)與光纖光柵反射光譜的關(guān)系。仿真結(jié)果顯示了固定參數(shù)下布拉格光柵的極限窄帶寬,得到的反射率為1、帶寬為0.02nm的窄帶寬布拉格光柵,比現(xiàn)今分布式傳感系統(tǒng)中使用的布拉格光柵的帶寬窄1個(gè)數(shù)量級(jí)。這種布拉格光纖光柵用于分布式傳感系統(tǒng),可大大提高分布式傳感系統(tǒng)中光源的帶寬利用率,消除各信號(hào)間的相互串?dāng)_,提高傳感光柵復(fù)用數(shù)目,降低解調(diào)系統(tǒng)成本。

提出了一種基于fpga與dsp平臺(tái)的光纖布拉格光柵傳感分析儀,將外界參量的變化轉(zhuǎn)化為光纖布拉格光柵波長(zhǎng)的偏移,通過(guò)數(shù)據(jù)采集、過(guò)濾雜波、信號(hào)波峰檢測(cè)、高斯曲線擬合以及加權(quán)波長(zhǎng)計(jì)算等關(guān)鍵步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)解調(diào)技術(shù),進(jìn)而完成溫度、應(yīng)變、壓力或位移等對(duì)象的在線測(cè)量,并且可以實(shí)現(xiàn)光纖線路故障分析與定位的功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該系統(tǒng)功耗低、線性度好、波長(zhǎng)解調(diào)精度與分辨率較高。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期測(cè)試,系統(tǒng)軟硬件運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

介紹了一種利用光纖f-p濾波器解調(diào)的、可同時(shí)測(cè)量應(yīng)變及溫度兩種參數(shù)的光纖光柵傳感系統(tǒng)。將一個(gè)光纖光柵的長(zhǎng)度分成相等的兩部分,其中一部分的兩端固定在一塊鋼板上,另一部分處于自由狀態(tài)。根據(jù)這兩部分光纖光柵對(duì)應(yīng)變及溫度的不同感應(yīng),實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)變及溫度的同時(shí)測(cè)量?？衫貌ǚ謴?fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式應(yīng)變及溫度的測(cè)量。應(yīng)變、溫度的測(cè)量分辨率分別可達(dá)1.3με及0.12℃。

提出了基于可調(diào)激光器和聲光脈沖調(diào)制的光纖布拉格光柵(fbg)傳感系統(tǒng),同時(shí)利用摻鉺光纖放大器(edfa)和拉曼放大相結(jié)合的放大方案大幅度提高了光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)的傳輸距離,達(dá)到了300km的超長(zhǎng)距離傳感。該系統(tǒng)通過(guò)前端的edfa和末端的拉曼泵浦光源來(lái)補(bǔ)償光纖布拉格光柵反射的光功率。系統(tǒng)在低于275km長(zhǎng)度時(shí)獲得了大于15db的優(yōu)良信噪比;在300km處獲得了4db的信噪比,以及明顯的反射信號(hào)。系統(tǒng)在100,200,250,300km處的靜態(tài)應(yīng)變實(shí)驗(yàn)中,線性度均達(dá)到了0.999以上。系統(tǒng)可望在鐵道、輸油(氣)管道、海岸線等的超長(zhǎng)距離遙測(cè)中得到廣泛應(yīng)用。

光纖傳感、光纖光柵、光纖光柵傳感 光纖傳感技術(shù)由于光纖不僅可以作為光波的傳輸媒質(zhì)，而且光波在光纖 中的傳播時(shí)表征光波的特征參量（振幅、相位、偏振態(tài)、波長(zhǎng)等）因外界因素 （如溫度、壓力、磁場(chǎng)、電場(chǎng)、位移等）的作用而間接或直接地發(fā)生變化，從 而可將光纖用作傳感器元件來(lái)探測(cè)各種待測(cè)量（物理量、化學(xué)量和生物量）， 這就是光纖傳感器的基本原理。光纖傳感技術(shù)的分類光纖傳感器可以分為傳 感型（本征型）和傳光型（非本征型）兩大類。利用外界因素改變光纖中光的 特征參量，從而對(duì)外界因素進(jìn)行計(jì)量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，稱為傳感型光纖傳感器， 它具有傳感合一的特點(diǎn)，信息的獲取和傳輸都在光纖之中。傳光型光纖傳感器 是指利用其它敏感元件測(cè)得的特征量，由光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，它的特點(diǎn)是充分 利用現(xiàn)有的傳感器，便于推廣應(yīng)用。這兩類光纖傳感器都可再分成光強(qiáng)調(diào)制、 相位調(diào)制、偏振態(tài)調(diào)制和波長(zhǎng)調(diào)制等幾種形式。光纖傳感器的特點(diǎn)1、

報(bào)道了一種基于偏芯結(jié)構(gòu)的雙芯光纖制作的長(zhǎng)周期光纖光柵,研究了在這種雙芯光纖中寫入相同結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)周期光纖光柵的模式耦合特性,這種雙芯結(jié)構(gòu)能夠?qū)蓚€(gè)平行的長(zhǎng)周期光纖光柵集成在一根光纖中。通過(guò)模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn)在光纖圓周橫截面不同方位進(jìn)行曝光,可獲得不同的光柵透射譜,通過(guò)利用co2激光脈沖曝光方法實(shí)現(xiàn)其制備,實(shí)驗(yàn)得出了采用單側(cè)曝光方法在偏芯結(jié)構(gòu)的雙芯光纖上制備長(zhǎng)周期光纖光柵的最佳寫入方式。通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)的對(duì)比,結(jié)果表明,雙芯長(zhǎng)周期光纖光柵透射譜依賴于在雙芯光纖圓周上的曝光方向。

推導(dǎo)并驗(yàn)證了非啁啾取樣光纖布拉格光柵(sfbg)反射譜中反射峰值波長(zhǎng)的表達(dá)式?；诜N子光柵中心波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的折射率調(diào)制深度和取樣光纖布拉格光柵折射率調(diào)制函數(shù)的傅里葉級(jí)數(shù)展開式,提煉出取樣光纖布拉格光柵的折射率調(diào)制深度和各階光柵周期,從而導(dǎo)出其反射峰值波長(zhǎng)的表達(dá)式。由于考慮了占空比、取樣周期等取樣光纖布拉格光柵的結(jié)構(gòu)參量,因而表達(dá)式能夠描述反射峰的分布。仿真實(shí)驗(yàn)中,不同占空比或取樣周期下計(jì)算出的反射峰值波長(zhǎng)、信道間隔符合數(shù)值反射譜。該表達(dá)式既適用于均勻取樣光纖布拉格光柵,也適用于交流切趾和交直流切趾取樣光纖布拉格光柵。

文中介紹了光纖布拉格光柵的原理;根據(jù)耦合模方程,介紹了幾種光柵的仿真方法;分別以光纖布拉格光柵濾波器、色散補(bǔ)償器、相移光柵和采樣光柵為例說(shuō)明了光纖光柵的設(shè)計(jì)方法。

研究并實(shí)現(xiàn)了一種基于雙衍射光柵的光纖布拉格光柵(fbg)傳感器解調(diào)系統(tǒng)。該解調(diào)系統(tǒng)的光路由準(zhǔn)直鏡、衍射光柵、柱面反射鏡和光電探測(cè)器等器件組成。通過(guò)準(zhǔn)直鏡后不同波長(zhǎng)的平行光束經(jīng)過(guò)衍射光柵后在空間展開,通過(guò)柱面反射鏡聚焦在光電探測(cè)器成像面上。該光路通過(guò)采用兩塊衍射光柵的方法在減小解調(diào)系統(tǒng)尺寸的同時(shí)提高光學(xué)空間分辨力,采用線陣探測(cè)器替代掃描機(jī)構(gòu)從而簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。從理論上分析了光束經(jīng)過(guò)該系統(tǒng)后的空間光強(qiáng)分布,根據(jù)光強(qiáng)的高斯分布采用多項(xiàng)式擬合的方法實(shí)現(xiàn)了反射光譜峰值定位算法。通過(guò)與高精度光譜儀的測(cè)量結(jié)果對(duì)比表明,該解調(diào)方法具有較高的波長(zhǎng)解調(diào)精度和穩(wěn)定性。

２００６年第２光通信技術(shù) 中文核心期刊 光纖光柵傳感的解調(diào)方法 王向宇，喬學(xué)光，李明，賈振安，劉欽朋，李婷 （西安石油大學(xué)陜西省光電傳感測(cè)井重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安７１００６５） 專題聚焦 摘要：介紹了光柵傳感系統(tǒng)的組成，分析了常用的三 種光源：ｌｄ、ｌｅｄ和摻鉺光源的性能。描述了在光柵解 調(diào)中常用的濾波法、干涉法、可調(diào)諧激光掃描法、啁啾 光柵檢測(cè)法、光柵色散法等幾種信號(hào)解調(diào)技術(shù)并進(jìn)行 了簡(jiǎn)要的評(píng)述。 關(guān)鍵詞：光纖光柵；光源；傳感；解調(diào) 中圖分類號(hào)：ｔｎ９２９．１１文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ａ １引言 光纖傳感器是利用光在光纖中傳播引起光干涉、 衍射、偏振、反射、損耗等物理特征的變化，進(jìn)行各種 物理測(cè)量的裝置和器件。波長(zhǎng)調(diào)制型的光纖光柵傳感 器具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)；傳感頭結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單（尺寸小，易于集成）；利用波分復(fù)用技術(shù)可形成

光纖光柵的解調(diào)技術(shù)

研究了單模光纖布拉格光柵的偏振相關(guān)損耗(pdl)特性。運(yùn)用耦合模理論和瓊斯(jones)矩陣提出了反射光的有效偏振相關(guān)損耗(pdleff),并模擬了其隨光柵參數(shù)和雙折射量的變化性質(zhì)。光柵反射光的偏振相關(guān)損耗在反射譜的帶邊處明顯地表現(xiàn)出來(lái),特別是帶邊比較陡峭時(shí)。結(jié)果表明,光柵的有效偏振相關(guān)損耗明顯地依賴于光柵的結(jié)構(gòu)參數(shù)和雙折射量。光柵的有效偏振相關(guān)損耗隨光柵長(zhǎng)度和調(diào)制深度的增加急劇增大。對(duì)于給定光柵長(zhǎng)度和調(diào)制深度的光柵,光柵雙折射量小于2×10-5時(shí),光柵的有效偏振相關(guān)損耗隨雙折射的增大迅速增大;光柵雙折射量大于2.5×10-4時(shí),光柵的有效偏振相關(guān)損耗的兩個(gè)主峰的寬度變大并在其上有子峰,隨雙折射的繼續(xù)增大,兩主峰間距增大而子峰變小。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論模擬基本吻合。

摘要 地下工程施工對(duì)周圍環(huán)境包括地面臨近建筑物、道路、和既有地 下工程的影響是地下空間開開發(fā)利用所面臨的關(guān)鍵問(wèn)題。為確保施工 安全，對(duì)地下工程的安全和穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、評(píng)估和預(yù)測(cè)以趨利避 害，已成為地下工程發(fā)展的迫切要求。地下工程監(jiān)測(cè)目前廣泛采用的 常規(guī)監(jiān)測(cè)技術(shù)和傳統(tǒng)電傳感器采集數(shù)據(jù)的方法不僅監(jiān)測(cè)范圍小、效率 低，且有限的測(cè)點(diǎn)難以反映目標(biāo)系統(tǒng)的整體情況；同時(shí)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù) 容易受到外界環(huán)境中各類不利因素的影響，無(wú)法保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性 與長(zhǎng)期穩(wěn)定光纖bragg光柵(fbg)是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的一種 新型全光纖無(wú)源器件利用其可制成多種傳感器，如溫度、應(yīng)變、應(yīng)力、 壓強(qiáng)等傳感器。近年來(lái)，fbg傳感技術(shù)以其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)逐漸應(yīng)用于結(jié) 構(gòu)、巖土等領(lǐng)域，但多為長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)，其在施工過(guò)程的應(yīng)用罕見(jiàn)。 本文通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)分fbg傳感器的優(yōu)勢(shì),并通過(guò)實(shí)際隧道工程施工的 應(yīng)

光纖光柵剖析

從布拉格光柵方程出發(fā),理論上分析了在溫度、應(yīng)變雙參量同時(shí)測(cè)量時(shí),考慮溫度-應(yīng)變交叉靈敏度、二階應(yīng)變靈敏度和二階溫度靈敏度情況下,溫度和應(yīng)變測(cè)量的誤差的一般數(shù)學(xué)公式.結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了溫度和應(yīng)變的誤差計(jì)算,得出3個(gè)二階靈敏度在不同的溫度變化、應(yīng)變范圍內(nèi)對(duì)測(cè)量誤差的貢獻(xiàn)不同.同時(shí)給出了波長(zhǎng)的漂移量與溫度、應(yīng)變呈線性關(guān)系時(shí),溫度變化和應(yīng)變的范圍.

光纖光柵傳感信號(hào)的解調(diào)問(wèn)題

光纖光柵的解調(diào)技術(shù)共23頁(yè)文檔

兩電流產(chǎn)生的電磁力使等腰三角形懸臂梁變形,從而導(dǎo)致安裝在懸臂梁兩邊的光纖布拉格光柵的布拉格波長(zhǎng)漂移。通過(guò)檢測(cè)兩個(gè)布拉格光柵的波長(zhǎng)漂移差,得到被測(cè)電流。雙光纖布拉格光柵通過(guò)補(bǔ)償溫度效應(yīng),解決了光纖布拉格光柵傳感器的交叉敏感問(wèn)題。垂直放置的等腰三角形懸臂梁,確保光纖光柵在傳感過(guò)程中不出現(xiàn)啁啾現(xiàn)象,又避免了自身重量和導(dǎo)線重量對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,從而減少了測(cè)量誤差。該系統(tǒng)傳感靈敏度為0.097nm/a,與理論值的相對(duì)誤差為3.38%,結(jié)果表明該傳感器結(jié)構(gòu)是可行的。

基于光纖光柵傳感技術(shù),采用光纖光柵應(yīng)變計(jì)、光纖光柵溫度計(jì)、光纖光柵位移計(jì)對(duì)一座既有預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土空心板橋的靜、動(dòng)載試驗(yàn)進(jìn)行了測(cè)試;對(duì)比分析了傳統(tǒng)傳感技術(shù)與光纖光柵傳感技術(shù)的測(cè)試結(jié)果。結(jié)果表明:傳統(tǒng)傳感器和光纖傳感器實(shí)橋測(cè)量結(jié)果與計(jì)算結(jié)果均能吻合,均能夠反映出橋梁的實(shí)際受力狀態(tài);且光纖光柵傳感器可以真實(shí)反映加載的整個(gè)過(guò)程,實(shí)現(xiàn)加載過(guò)程的實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)控。

采用數(shù)值模擬的方法研究了光纖布拉格光柵(fbg)的非線性雙穩(wěn)開關(guān)特性。從耦合模理論出發(fā),利用jacobi橢圓函數(shù)法得到了3種不同的解,首先對(duì)3種解下的非線性雙穩(wěn)開關(guān)特性分別進(jìn)行比較,然后針對(duì)各個(gè)解下的影響開關(guān)特性的失諧量、耦合系數(shù)和光柵長(zhǎng)度等參數(shù)進(jìn)行分析,研究結(jié)果對(duì)于分析和構(gòu)建非線性雙穩(wěn)fbg光開關(guān)具有一定的意義。

針對(duì)傳統(tǒng)骨骼形變監(jiān)測(cè)技術(shù)中存在的傳感器尺寸較大,易受電磁干擾,不易實(shí)現(xiàn)體內(nèi)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)等不足,采用光纖布拉格光柵(fiberbragggrating,fbg)作為骨骼形變監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)原理及應(yīng)用方式.基于fbg應(yīng)力傳感原理,將不同中心波長(zhǎng)的fbg粘貼于清理干凈的肋骨上進(jìn)行載荷實(shí)驗(yàn),隨后將采集的布拉格波長(zhǎng)換算成形變,實(shí)時(shí)顯示骨骼受載荷時(shí)的形變趨勢(shì).實(shí)驗(yàn)采用在多點(diǎn)粘貼f3g的方式,避免了溫度、應(yīng)變交叉?zhèn)鞲械膯?wèn)題.實(shí)驗(yàn)表明,粘貼在豬肋骨上的fbg的波長(zhǎng)變化與該位置受力產(chǎn)生的彎曲形變具有明顯的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系,光纖光柵譜峰漂移隨骨骼撓度變化的靈敏度可達(dá)39.00525pm/mm.實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)發(fā)展微型、實(shí)時(shí)、集成骨骼健康監(jiān)控具有一定的參考意義.

載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中產(chǎn)生的電磁力使等腰三角形懸臂梁變形,從而導(dǎo)致安裝在懸臂梁兩邊的光纖布拉格光柵(fbg)的布拉格波長(zhǎng)漂移。通過(guò)檢測(cè)2個(gè)fbg的波長(zhǎng)漂移差,得到被測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。雙fbg通過(guò)補(bǔ)償溫度效應(yīng),解決了fbg傳感器的交叉敏感問(wèn)題。垂直放置的等腰三角形懸臂梁,確保fbg在傳感過(guò)程中不出現(xiàn)啁啾現(xiàn)象,又避免了自身重量和導(dǎo)線重量對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,從而減少了測(cè)量誤差。該系統(tǒng)傳感靈敏度為1.11nm/t,與理論值的相對(duì)誤差為4.31%,結(jié)果表明,該傳感器結(jié)構(gòu)是可行的。