级联长周期光纤光栅的光纤布拉格光栅解调系统

根据理想模展开下的耦合模方程,对光纤布拉格光栅的峰值反射率公式进行了数学推导,得到了布拉格光纤光栅的光谱反射率表达式。全面讨论了光栅周期、光纤栅长、光致折射率微扰最大值等参数与光纤光栅反射光谱的关系。仿真结果显示了固定参数下布拉格光栅的极限窄带宽,得到的反射率为1、带宽为0.02nm的窄带宽布拉格光栅,比现今分布式传感系统中使用的布拉格光栅的带宽窄1个数量级。这种布拉格光纤光栅用于分布式传感系统,可大大提高分布式传感系统中光源的带宽利用率,消除各信号间的相互串扰,提高传感光栅复用数目,降低解调系统成本。

提出了一种基于fpga与dsp平台的光纤布拉格光栅传感分析仪,将外界参量的变化转化为光纤布拉格光栅波长的偏移,通过数据采集、过滤杂波、信号波峰检测、高斯曲线拟合以及加权波长计算等关键步骤来实现波长解调技术,进而完成温度、应变、压力或位移等对象的在线测量,并且可以实现光纤线路故障分析与定位的功能。实验结果表明:该系统功耗低、线性度好、波长解调精度与分辨率较高。经过长期测试,系统软硬件运行稳定可靠。

介绍了一种利用光纤f-p滤波器解调的、可同时测量应变及温度两种参数的光纤光栅传感系统。将一个光纤光栅的长度分成相等的两部分,其中一部分的两端固定在一块钢板上,另一部分处于自由状态。根据这两部分光纤光栅对应变及温度的不同感应,实现对应变及温度的同时测量。可利用波分复用技术实现对分布式应变及温度的测量。应变、温度的测量分辨率分别可达1.3με及0.12℃。

提出了基于可调激光器和声光脉冲调制的光纤布拉格光栅(fbg)传感系统,同时利用掺铒光纤放大器(edfa)和拉曼放大相结合的放大方案大幅度提高了光纤布拉格光栅传感系统的传输距离,达到了300km的超长距离传感。该系统通过前端的edfa和末端的拉曼泵浦光源来补偿光纤布拉格光栅反射的光功率。系统在低于275km长度时获得了大于15db的优良信噪比;在300km处获得了4db的信噪比,以及明显的反射信号。系统在100,200,250,300km处的静态应变实验中,线性度均达到了0.999以上。系统可望在铁道、输油(气)管道、海岸线等的超长距离遥测中得到广泛应用。

光纤传感、光纤光栅、光纤光栅传感 光纤传感技术由于光纤不仅可以作为光波的传输媒质，而且光波在光纤 中的传播时表征光波的特征参量（振幅、相位、偏振态、波长等）因外界因素 （如温度、压力、磁场、电场、位移等）的作用而间接或直接地发生变化，从 而可将光纤用作传感器元件来探测各种待测量（物理量、化学量和生物量）， 这就是光纤传感器的基本原理。光纤传感技术的分类光纤传感器可以分为传 感型（本征型）和传光型（非本征型）两大类。利用外界因素改变光纤中光的 特征参量，从而对外界因素进行计量和数据传输的，称为传感型光纤传感器， 它具有传感合一的特点，信息的获取和传输都在光纤之中。传光型光纤传感器 是指利用其它敏感元件测得的特征量，由光纤进行数据传输，它的特点是充分 利用现有的传感器，便于推广应用。这两类光纤传感器都可再分成光强调制、 相位调制、偏振态调制和波长调制等几种形式。光纤传感器的特点1、

报道了一种基于偏芯结构的双芯光纤制作的长周期光纤光栅,研究了在这种双芯光纤中写入相同结构的长周期光纤光栅的模式耦合特性,这种双芯结构能够将两个平行的长周期光纤光栅集成在一根光纤中。通过模拟计算发现在光纤圆周横截面不同方位进行曝光,可获得不同的光栅透射谱,通过利用co2激光脉冲曝光方法实现其制备,实验得出了采用单侧曝光方法在偏芯结构的双芯光纤上制备长周期光纤光栅的最佳写入方式。通过理论分析和实验的对比,结果表明,双芯长周期光纤光栅透射谱依赖于在双芯光纤圆周上的曝光方向。

推导并验证了非啁啾取样光纤布拉格光栅(sfbg)反射谱中反射峰值波长的表达式。基于种子光栅中心波长对应的折射率调制深度和取样光纤布拉格光栅折射率调制函数的傅里叶级数展开式,提炼出取样光纤布拉格光栅的折射率调制深度和各阶光栅周期,从而导出其反射峰值波长的表达式。由于考虑了占空比、取样周期等取样光纤布拉格光栅的结构参量,因而表达式能够描述反射峰的分布。仿真实验中,不同占空比或取样周期下计算出的反射峰值波长、信道间隔符合数值反射谱。该表达式既适用于均匀取样光纤布拉格光栅,也适用于交流切趾和交直流切趾取样光纤布拉格光栅。

文中介绍了光纤布拉格光栅的原理;根据耦合模方程,介绍了几种光栅的仿真方法;分别以光纤布拉格光栅滤波器、色散补偿器、相移光栅和采样光栅为例说明了光纤光栅的设计方法。

研究并实现了一种基于双衍射光栅的光纤布拉格光栅(fbg)传感器解调系统。该解调系统的光路由准直镜、衍射光栅、柱面反射镜和光电探测器等器件组成。通过准直镜后不同波长的平行光束经过衍射光栅后在空间展开,通过柱面反射镜聚焦在光电探测器成像面上。该光路通过采用两块衍射光栅的方法在减小解调系统尺寸的同时提高光学空间分辨力,采用线阵探测器替代扫描机构从而简化系统结构。从理论上分析了光束经过该系统后的空间光强分布,根据光强的高斯分布采用多项式拟合的方法实现了反射光谱峰值定位算法。通过与高精度光谱仪的测量结果对比表明,该解调方法具有较高的波长解调精度和稳定性。

２００６年第２光通信技术 中文核心期刊 光纤光栅传感的解调方法 王向宇，乔学光，李明，贾振安，刘钦朋，李婷 （西安石油大学陕西省光电传感测井重点实验室，西安７１００６５） 专题聚焦 摘要：介绍了光栅传感系统的组成，分析了常用的三 种光源：ｌｄ、ｌｅｄ和掺铒光源的性能。描述了在光栅解 调中常用的滤波法、干涉法、可调谐激光扫描法、啁啾 光栅检测法、光栅色散法等几种信号解调技术并进行 了简要的评述。 关键词：光纤光栅；光源；传感；解调 中图分类号：ｔｎ９２９．１１文献标志码：ａ １引言 光纤传感器是利用光在光纤中传播引起光干涉、 衍射、偏振、反射、损耗等物理特征的变化，进行各种 物理测量的装置和器件。波长调制型的光纤光栅传感 器具有许多独特的优点：抗干扰能力强；传感头结构 简单（尺寸小，易于集成）；利用波分复用技术可形成

光纤光栅的解调技术

研究了单模光纤布拉格光栅的偏振相关损耗(pdl)特性。运用耦合模理论和琼斯(jones)矩阵提出了反射光的有效偏振相关损耗(pdleff),并模拟了其随光栅参数和双折射量的变化性质。光栅反射光的偏振相关损耗在反射谱的带边处明显地表现出来,特别是带边比较陡峭时。结果表明,光栅的有效偏振相关损耗明显地依赖于光栅的结构参数和双折射量。光栅的有效偏振相关损耗随光栅长度和调制深度的增加急剧增大。对于给定光栅长度和调制深度的光栅,光栅双折射量小于2×10-5时,光栅的有效偏振相关损耗随双折射的增大迅速增大;光栅双折射量大于2.5×10-4时,光栅的有效偏振相关损耗的两个主峰的宽度变大并在其上有子峰,随双折射的继续增大,两主峰间距增大而子峰变小。实验结果与理论模拟基本吻合。

摘要 地下工程施工对周围环境包括地面临近建筑物、道路、和既有地 下工程的影响是地下空间开开发利用所面临的关键问题。为确保施工 安全，对地下工程的安全和稳定状态进行监测、评估和预测以趋利避 害，已成为地下工程发展的迫切要求。地下工程监测目前广泛采用的 常规监测技术和传统电传感器采集数据的方法不仅监测范围小、效率 低，且有限的测点难以反映目标系统的整体情况；同时，监测数据 容易受到外界环境中各类不利因素的影响，无法保证数据的准确性 与长期稳定光纤bragg光栅(fbg)是20世纪90年代发展起来的一种 新型全光纤无源器件利用其可制成多种传感器，如温度、应变、应力、 压强等传感器。近年来，fbg传感技术以其独特优势逐渐应用于结 构、岩土等领域，但多为长期健康监测，其在施工过程的应用罕见。 本文通过室内试验分fbg传感器的优势,并通过实际隧道工程施工的 应

光纤光栅剖析

从布拉格光栅方程出发,理论上分析了在温度、应变双参量同时测量时,考虑温度-应变交叉灵敏度、二阶应变灵敏度和二阶温度灵敏度情况下,温度和应变测量的误差的一般数学公式.结合实验数据进行了温度和应变的误差计算,得出3个二阶灵敏度在不同的温度变化、应变范围内对测量误差的贡献不同.同时给出了波长的漂移量与温度、应变呈线性关系时,温度变化和应变的范围.

光纤光栅传感信号的解调问题

光纤光栅的解调技术共23页文档

基于光纤光栅传感技术,采用光纤光栅应变计、光纤光栅温度计、光纤光栅位移计对一座既有预应力钢筋混凝土空心板桥的静、动载试验进行了测试;对比分析了传统传感技术与光纤光栅传感技术的测试结果。结果表明:传统传感器和光纤传感器实桥测量结果与计算结果均能吻合,均能够反映出桥梁的实际受力状态;且光纤光栅传感器可以真实反映加载的整个过程,实现加载过程的实时连续监控。

采用数值模拟的方法研究了光纤布拉格光栅(fbg)的非线性双稳开关特性。从耦合模理论出发,利用jacobi椭圆函数法得到了3种不同的解,首先对3种解下的非线性双稳开关特性分别进行比较,然后针对各个解下的影响开关特性的失谐量、耦合系数和光栅长度等参数进行分析,研究结果对于分析和构建非线性双稳fbg光开关具有一定的意义。

针对传统骨骼形变监测技术中存在的传感器尺寸较大,易受电磁干扰,不易实现体内长期监测等不足,采用光纤布拉格光栅(fiberbragggrating,fbg)作为骨骼形变监测的实现原理及应用方式.基于fbg应力传感原理,将不同中心波长的fbg粘贴于清理干净的肋骨上进行载荷实验,随后将采集的布拉格波长换算成形变,实时显示骨骼受载荷时的形变趋势.实验采用在多点粘贴f3g的方式,避免了温度、应变交叉传感的问题.实验表明,粘贴在猪肋骨上的fbg的波长变化与该位置受力产生的弯曲形变具有明显的线性对应关系,光纤光栅谱峰漂移随骨骼挠度变化的灵敏度可达39.00525pm/mm.实验结果对发展微型、实时、集成骨骼健康监控具有一定的参考意义.

载流导线在磁场中产生的电磁力使等腰三角形悬臂梁变形,从而导致安装在悬臂梁两边的光纤布拉格光栅(fbg)的布拉格波长漂移。通过检测2个fbg的波长漂移差,得到被测磁场的磁感应强度。双fbg通过补偿温度效应,解决了fbg传感器的交叉敏感问题。垂直放置的等腰三角形悬臂梁,确保fbg在传感过程中不出现啁啾现象,又避免了自身重量和导线重量对测量结果的影响,从而减少了测量误差。该系统传感灵敏度为1.11nm/t,与理论值的相对误差为4.31%,结果表明,该传感器结构是可行的。

光纤光栅传感器实时解调系统