齐鲁工业大学(山东省科学院)激光研究所,山东 济南 250300
针对传统波长解调算法在光纤布拉格光栅(FBG)在线监测系统检测精度不高、效率低的问题,提出了一种基于小波降噪的FBG波长高精度解调算法。首先,对小波降噪方法处理的光谱波形进行快速运算,得到新函数。然后,获得新函数对应的中心波长。最后,搭建了一套基于垂直腔面发射激光器的FBG变压器绕组温度在线监测系统,采用小波降噪算法对波长进行解调并间接得到温度数据。实验结果表明,相比直接寻峰、多项式拟合、高斯拟合算法,小波降噪算法具有速度快、稳定性好等优点,在70~90 ℃测量范围内,测温精度达到±0.04 ℃,波长解调的最大标准差小于1.67 pm,且该算法的运行效率高于常用的高斯拟合算法,可用于工业现场环境FBG的高精度实时在线监测系统。
光纤光学 光纤布拉格光栅 波长解调 小波降噪 卷积积分 寻峰算法 激光与光电子学进展
2022, 59(5): 0506004
1 黑龙江大学电子工程学院,黑龙江 哈尔滨 150080
2 黑龙江大学光纤传感技术国家地方联合工程研究中心,黑龙江 哈尔滨 150080
为替代现有加油站人工测量乙醇含量方式和提高站端油品质量检测效率,基于倾斜光纤布拉格光栅(TFBG)对外界折射率的敏感特性,使其能够反映出乙醇含量不同导致的乙醇汽油折射率变化,提出一种对乙醇汽油中乙醇含量进行现场实时检测的新方法。利用耦合模理论对TFBG的光谱特点进行了分析,并探究了TFBG在乙醇汽油中乙醇含量检测过程中的传感特性。实验结果表明,所提方法在乙醇含量为8.3%~14.3%的乙醇汽油检测中的灵敏度为6.5 nm/RIU(RIU为折射率单位),线性拟合度为0.949。通过波长解调方法对E10乙醇汽油样品进行传感器的检测精度验证,乙醇体积分数的检测值为10.2%,相对误差为2%,验证了TFBG用于乙醇汽油中乙醇含量检测的可行性。
光纤光学 倾斜光纤布拉格光栅 乙醇汽油 乙醇含量 波长解调 折射率 激光与光电子学进展
2022, 59(1): 0106001
重庆理工大学理学院绿色能源材料技术与系统重庆市重点实验室, 重庆 400054
本文提出一种基于半导体光放大器(SOA)光纤环形激光器的智能光纤动态应变传感系统,并采用自适应光折变双波混频技术对其进行解调,解调过程中无需对准静态应变和温度进行任何主动补偿。当FBG(Fiber Bragg Grating)传感器的反射光谱因动态应变而发生改变时,则激光输出的波长会相应移动,随后转换为相应的相移并由InP∶Fe光折变晶体双波混频干涉仪解调。实验结果表明,该传感系统能够测量50~464 kHz之间的动态应变且灵敏度高于0.5με Hz -1(ε为应变)。在InP∶Fe光折变晶体中同时对三个FBG传感器的动态应变进行解调,实验证实双波混频干涉仪的多路复用是切实可行的。
光纤光学 光纤环形激光器 光纤布拉格光栅 应变 光折变晶体 双波混频 波长解调 光学学报
2021, 41(13): 1306021
1 南京林业大学 机械电子工程学院, 南京 210037
2 信阳师范学院 物理电子工程学院, 信阳 464000
3 金陵科技学院 智能科学与控制工程学院, 南京 211169
为了实现双折射光纤环镜(Bi-FLM)传感器的在线测量, 采用推导得出的基于波长解调双折射光纤环镜应变传感器在线测量的理论表达式, 选取典型通讯波长1550nm和1310nm附近的2组波长进行了计算, 所得应变均与给定应变基本吻合。结果表明,利用干涉光谱任意连续4个相邻的波谷波长及其双折射光纤初始长度、初始双折射率和初始双折射应变系数便可计算出双折射光纤受应变后的绝对长度, 并以此计算所受应变唯一大小; 根据干涉光谱任意4个相邻波谷波长相对位置蕴含着应变信息的特点, 区分是干扰还是外界传感量导致干涉光谱变化, 以此剔除外界干扰, 提高了测量精度。该研究对Bi-FLM应变、振动等各类传感器实现计算机在线测量, 提高测量精度具有指导意义。
光纤光学 双折射光纤环镜 应变传感器 在线测量 波长解调 波谷波长 fiber optics birefringence fiber loop mirror strain sensor on-line measurements wavelength demodulation wave valley wavelengthr
大型光纤布喇格光栅(FBG)传感网络中,由于光源带宽有限,而FBG传感器复用数量多,会出现光谱重叠问题。因此,提高复用能力成为传感网络设计中的一个关键问题。结合谱形复用与量子粒子群优化(QPSO)算法,对多FBG传感系统进行实验与仿真分析。与传统粒子群算法相比,QPSO算法中参数设置比较简单,粒子搜索最优解能力大大提高。对QPSO算法和自适应变异的量子粒子群优化(AMQPSO)算法的解调结果进行分析,对比两者的解调精度与时间。AMQPSO算法在多FBG复用系统中的解调误差不超过3 pm,温度测量精度达0.3 ℃,解调时间不超过5 s,解决了多FBG系统中部分重叠及完全重叠问题。
光纤布喇格光栅 谱形复用 波长解调算法 重叠光谱 量子粒子群优化算法 fiber Bragg grating spectral multiplexing wavelength demodulation algorithm overlapping spectrum quantum particle swarm optimization algorithm