光纤法珀压力传感器数据解调及改进算法研究
光纤法珀压力传感器数据解调及改进算法研究
曹群;贾平岗;杨兵;张海瑞;洪应平;熊继军
【摘要】Based on the sensing principle of optical fiber F-P pressure sensor,a kind of multi-peaks average improved algo-rithm better than peak-peak method was proposed in view of the fringe counting method during phase demodulation method.Data preprocessing was realized through filter function and then the total local extremum points of one cycle were found.According to Grubbs criterion,gross errors were eliminated to obtain the relationship curve between cavity length change and pressure applied.On the basis,theoretical simulation was established using MATLAB and related experiments were taken on after the implementation of optical fiber sensing pressure testing system.By employing the designed demodulation method to complete the comparative analysis of the experimental results,the improved algorithm can significantly inhibit the indeterminacy of strain measurement system and en-hance the stability of the cavity length,thus confirming the method of MEMS optical fiber pressure sensing system performs a poten-tial high possibility.%基于光纤法珀压力传感器的基本原理，针对相位解调方法中的条纹计数法，提出了优于双峰解调法的多峰平均改进算法，通过滤波实现数据预处理，进而寻找周期内所有数据点的局部极值点，然后根据格拉布斯准则剔除粗大误差，最终得到腔长变化与压力的关系曲线。在此基础上通过MATLAB进行理论仿真，搭建光纤传感压力测试系统并进行了相关实验，利用所设计的解调方法对实验数据进
行处理，通过对比分析实验结果可知，改进算法可以明显的抑制应变测量系统误差，提高腔长的稳定性，证实了该改进算法具有较高的可行性。
【期刊名称】《仪表技术与传感器》
【年(卷),期】2015(000)012
【总页数】4页(P15-18)
【关键词】光纤法珀传感;数据处理;光谱解调;改进算法;多峰计算;MATLAB
【作者】曹群;贾平岗;杨兵;张海瑞;洪应平;熊继军
【作者单位】中北大学，电子测试技术重点实验室，仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原 030051;中北大学，电子测试技术重点实验室，仪器科学与
动态测试教育部重点实验室，山西太原 030051;中北大学，电子测试技术重点实
验室，仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原 030051;中北大学，电
子测试技术重点实验室，仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原030051;中北大学，电子测试技术重点实验室，仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原 030051;中北大学，电子测试技术重点实验室，仪器科学与动态
测试教育部重点实验室，山西太原 030051
【正文语种】中文
【中图分类】TP212
光纤法布里-珀罗传感器由于其体积小，灵敏度高，不受电磁场和恶劣环境的影响，适合于远程信号处理以及可以复用等众多优点，近几年来成为光纤传感领域的研究热点，在民用基础设施和军事上得到了广泛的应用[1-2]。在光纤法-珀传感测量系统中，腔长解调是整个测量系统的重要组成部分，它直接影响着系统的稳定性和准
确性。按照调制解调方法的不同，可以分为强度解调和相位解调两类[3-5]，其中
相位解调技术通过对输出光波形的分析来计算应变值，由于其精度高、动态范围大、不易受外界干扰的优点，成为目前较为普遍采用的方法。光纤法珀传感器的相位解调方法主要有条纹计数法、离散腔长变换法、傅里叶变换法以及菲索干涉仪法[6-8]等。条纹计数法中多采用峰-峰法，通过公式计算直接得到腔长，概念明确、结果
直观且便于实现，但其准确性由干涉输出条纹的峰值波长准确性决定。任何影响峰值处波长的因素，如光谱的离散采样和峰值计算等环节都将对法布里-珀罗腔腔长
求解的准确性造成负面影响，因而这种方法准确率低，并且随着光谱信息周期的增多而带来更多的误差。因此，为了减小在实际测量中的数据误差，提高解调精度，在条纹计数法的基础上提出了一种运算简单且准确度更高的多峰平均改进算法，利用MATLAB进行了理论仿真并搭建了相关实验系统，通过对比分析测试结果，证实了改进算法的可行性与优越性。
光纤法珀压力传感器基于多光束干涉原理，其结构如图1所示。光源发出的入射
光通过光纤耦合进入传感器内，在F-P腔体的上下表面来回反射，形成多光束干涉，部分反射光沿着原路返回，相遇后再次发生干涉被光谱仪所接收。干涉信号与腔长L有关，当膜片受到外界压力时会沿着轴向产生形变，导致法珀腔腔长变化，从而引起干涉信号发生变化。通过测量干涉信号的变化则可推导出腔长变化，最终进行解调得到压力信息变化数值，实现压力传感。
若2个镜面的反射率皆为R，入射光波长与强度分别为λ、I0,在不考虑损耗的情况下根据多光束干涉原理，反射光的光强分布为
当光纤法-珀腔的2个端面反射率较小时，可以用双光束干涉代替多光束干涉，此时，
式(1)就可以近似为式(3)
在小挠度情况下，根据弹性力学原理，硅敏感膜片受到压力后变形情况如公式(4)
式中：w为硅敏感膜片挠度；p为敏感膜片所受压力；μ为泊松比；E为硅的杨氏模量；h为敏感膜片厚度；R0为膜片半径；r为膜片任意部位的半径。
在采集到光谱数据后，多选用相位解调中的条纹计数法进行解调，使用较多的为双峰法(峰-峰法)，即选取相邻的2个波峰对应的波长值，通过公式计算直接得到腔
长
当φ =2π时，相邻的峰-峰(或谷-谷)间的波长分别为λ1和λ2，则绝对腔长L[9]
可以利用下面这个公式来计算
虽然双峰法能够通过计算直接得到腔长，但其准确性由干涉输出条纹的峰值波长的准确性决定，任何影响峰值处波长的因素，如光谱的离散采样和峰值计算等环节都将对法布里-珀罗腔腔长求解的准确性造成负面影响，因而这种方法准确率低，并
且随着光谱信息周期的增多而带来更多的误差。
在实际应用中，不同的波长位置，峰-峰间的间隔相差很大，即信号的周期不一样，如果只选用简单的双峰法，很难得到准确的腔长信息。因此，在双峰法的基础上，我们采用多峰算法进行优化。干涉输出条纹的第m级和第m+q级极大值处对应
的光波长分别为λm和λm+q，
则相应的法珀腔腔长表达式为
式中q取正整数，按照传感器所得的具体周期数来确定。
当采集到光谱数据后，开始寻找在波长扫描范围内的所有峰值(或谷值)，并对光谱数据中的毛刺进行滤波处理，然后根据公式计算腔长，得到多个腔长值L1，L2，
L3，L4…Ln后，设定阈值范围进行筛选，对于超出阈值的腔长值予以剔除，保留
波动较小的数据，最后对剩下的求平均值，得到最终腔长，与双峰法相比，该算法的腔长解调精度和稳定性都要更好一些。
该算法主要由滤波处理、极值判断和粗大误差剔除三部分构成，其具体流程如图2所示。
在设计的算法中，首先对采集到的光谱数据进行提取，然后进行数据预处理即滤波，接着寻找周期内所有数据点的局部极值点，利用公式计算出法珀腔腔长并根据格拉布斯准则剔除粗大误差，最后对腔长求平均值。
2.1 滤波处理
通过对ENLIGHT软件保存的光谱数据进行二次绘图可发现，在光谱波形中存在许多毛刺，使得整体曲线存在较多的扰动，因此首先需要对光谱数据进行滤波处理，得到相对平滑的曲线以便于后期处理。调用MATLAB自带的Smooth函数，通过移动平均法对数据进行平滑处理，经过滤波后可以得到平滑的曲线，为后续的数据处理提供方便。
2.2 极值判断
在之前的一些处理方法中，常常对采集到的光谱数据进行分组处理。一种方法是根据数据周期设置固定的分组，在单位数组内连续大于零的数值作为波峰数据，按坐标的大小顺序分别放入不同的数组中，然后逐个进行峰值检测；另外一种方法是先设定阈值，然后利用for 语句循环实现动态窗口的分域，循环过程中每遇到连续的非零数据就存入数组中，完成峰值检测后，数组置零并滑向下一组数值，直至完成所有波峰的峰值检测[10]。尽管上述2种方法使用比较普遍，但第一种方法耗时较长，且当外界条件参数不同时采用固定点数进行分组会极大地降低求解精度，第二种方法虽然对于数据的分配更为合理，但在实际处理过程中容易将非波峰数据误判，需要后续的二次处理，使得整体处理的过程复杂化。基于上述经验，本次设计中直接进行局部极值点的寻找，调用MATLAB的Findpeaks函数，逐个查找向量中的波峰，即某一个元素比相邻2个元素的值都大，然后按照每列的搜索顺序标出波
峰的值和相对应的横坐标位置。该方法不仅衔接紧密连贯，能够寻找到所有的光谱数据峰值，而且在光谱周期不完全相同时也能很好的运行，不会出现漏点误判的情况，具有良好的通用性。
2.3 粗大误差剔除
在实验过程中，由于外界扰动等因素，同一个波长范围内有时会出现2个距离非
常近的极值点，如果利用该组数据进行计算会得到一个极大的腔长数值，造成整体数据的偏差。因此，需要对该错误结果进行数据剔除。在常用的几种判别标准中，格拉布斯准则对于数据的数量n要求不大，在判断的可靠性方面性能较优[11]。因此，本文选择格拉布斯准则为判别数据包含粗差准则。在判别过程中，首先选定危险率(异常数据出现误判的几率)α，若xn为可疑数据，则根据计算T值，其中，
根据n及α，查表得到T0(n，α) 值；如果T≥T0(n，α),则所怀疑的数据是异常数据，应予剔除。如果T 含有粗差，应予以剔除。若某次判断所测数列值中有坏值，可剔除该值后重新计算，v，s等，在此依据判别准则判断剩余数值中是否含有坏值，直到全部剔除完为止。利用计算机对传感器的输出进行仿真计算，通过两种不同解调方法的对比分析，对改进算法的实际效果得到定性认识。由式(3)可知，光纤F-P腔输出的干涉光强除 了与腔长有关外，还是波长λ的函数，当光源光强呈均匀分布时，I0可看成是与 波长无关的常数[12]，此时传感器输出的光强在波长坐标轴上呈图3所示的近似余弦分布。 假设传感器测得的信号是没有噪声干扰的理想信号，将腔长值代入式(3)就可得出 传感器输出光场分布，再根据式(6)或式(8)便可求出其计算腔长值。由于该光纤压 力传感器用于测量压力变化，因此根据实际情况进行模拟仿真，令压力从0～300 kPa匀速增加，步进值1 kPa，每次施加压力后根据式(4)得到挠度变化，进而得 到此时的腔长L′=L0-ω，L0为传感器初始腔长。再根据所得的腔长值，按照上述 方法先求出输出光谱，然后再根据双峰法腔长计算公式或多峰改进算法公式，就可得到传感器计算腔长值与压力理论腔长值之间的关系，如图4所示。其中，双峰 法选择光谱图最右边的2个波峰来计算应变(干涉级次比较小)，由于系统误差和干涉级次是平方正比关系，所以这种选择有很好的效果。 从图4可以很直观地看出采用双峰法时，计算腔长值随压力变化存在较为明显的抖动，而多峰平均法的曲线明显平滑了许多，其改进算法的效果较为明显。 为了更加真实的对改进算法的效果进行定量的评判，设计了如图5所示的光纤压力传感测试及解调系统。在实验系统中，主要由光纤法珀压力传感元件，温度/压力复合测试设备，光纤光栅解调仪(MOI-sm125)及计算机构成。实验测试时，将传感器放置在密封的真空压力室中，通过压力控制器等量施加压力，引起敏感膜片缓慢产生形变。与此同时，用光谱仪实时记录光纤FP传感器的输出光谱变化，利用计算机分别按双峰算法及多峰改进算法计算出相应的应变值。 在MOI-sm125智能光纤光栅解调仪板中，内置了峰值探测算法，这种峰值探测算法的理想传感器光谱应有0.05～2.0 nm的3 dB带宽，每个形状的中心波长要有至少3～5 dB的对称反差。为了实现更通用的峰值探测，以适应各种光谱形状的传感器，我们不采用板载峰值探测算法，而从智能光纤光栅解调仪中把各通道的光谱数据全部取出在采集客户端进行处理。 在实际测试中，选取的压力范围为0～300 kPa，间隔为20 kPa，压力变化过程中光谱信息会存在一定的时间延迟及条纹波动，因此需要待压力稳定后，再开始记录解调系统输出的波长信息，保存数据后再利用设计好的解调方法进行数据读取与运算。分别利用传统的双峰算法与改进算法对扫描所得峰值进行解调，计算得到不同压力之下法珀腔腔长与压力的变化关系，其中双峰法的解调结果如图6所示。由于实际测试中，会存在加载系统不均匀、胶粘剂等的影响，同时，双峰解调法的准确率较低，并且随着光谱信息周期的增多而产生更多的误差，因此得到的曲线其线性度较差。故在此基础上，利用改进算法对扫描峰值进行解调计算，得到如图7所示的测试结果。 为了定量的得到改进算法与传统算法相对于拟和曲线的偏离程度，在同等条件下，分别对传统双峰算法和改进算法进行多项式Y=A0+A1X+A2X2回归分析，统计 出多项式回归系数A0，A1，A2和测量点方差SD如表1所示。由于这两种算法 是针对同一组光谱数据的，因而具有很强的可比性。从图6和图7中可以很直观 的看出算法B误差小于算法A，将其应变数据经多项式曲线回归后进行定量分析 可以看出： (1) 两条曲线的初始值存在一个差异，这是由于两种算法解调出来的传感器腔长绝对值不同所引起的。 (2) A、B两种算法所测量的应变方差依次减小，这和从两幅应变曲线图上的直观 判断完全吻合，这说明了改进算法确实能够很好的的抑制反应测量系统的误差。 在相位解调方法的基础上，提出了能够提高传感器精度的多峰改进算法，通过理论仿真分析和压力加载实验，分别对传统算法和改进算法进行了对比分析，结果表明，多峰改进算法可以明显的抑制应变测量系统的误差，提高法珀腔腔长稳定性，证实了该改进算法具有一定的可行性，在后续的工作中将做进一步的改善与提高。 【相关文献】 [1] NGAJIKIN N H,LING L Y,ISMAIL N I,et al.CMOS-MEMS Integration in Micro Fabry Perot Pressure Sensor Fabrication.Jurnal Teknologi,2013,64(3)，83-87. 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The sensor’s theoretical model b etween sensitive diaphragm deflection variation with film thickness,radius and loading pressure was established. On the basis,the two-dimensional simulation using MATLAB and three-dimensional numerical simulation by Comsol Multiphysics software was performed and the processing fabrication of FP pressure sensing part was realized as well. Thus the demodulation method which can be applied to the optical fiber sensing was designed and related experiments were taken on after the implementation of optical fiber 环氧树脂封装的EFPI-FBG复合压力温度传感器 刘明尧; 杜常饶; 武育斌 【期刊名称】《《光学精密工程》》 【年(卷),期】2019(027)010 【总页数】9页(P2080-2088) 【关键词】光纤传感; 光纤EFPI; 光纤光栅; 高压传感器; 温度补偿 【作者】刘明尧; 杜常饶; 武育斌 【作者单位】武汉理工大学机电工程学院湖北武汉430070 【正文语种】中文 【中图分类】TN253 1 引言 压力传感器广泛应用于工业生产中。然而，电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器等传统电学压力传感器不适用于要求绝缘和强电磁干扰的环境。光纤传感器具有精度高、体积小、耐高温和耐腐蚀的特点，且具有抗电磁干扰强、电绝缘性好、传播损耗小等诸多优点，可应用于恶劣环境和远距离测量和监控[1-4]。 常见的光纤法珀(Fabry-Perot，F-P)压力传感器结构形式中，MEMS光纤法珀压力传感器[5-9]是由外界压力引起硅敏感薄膜片形变导致腔长变化来实现压力信号传感，其体积小、压力灵敏度高，但压力测量范围小，硅膜片与基座之间的键合技术工艺复杂、操作要求高，高压环境下密封性能差，不适用于液压管路内高压油的 压力检测。另外，EFPI(非本征)型光纤法珀压力传感器[10-13]的玻璃管直接受到压力作用轴向长度伸长，进一步引起F-P腔的腔长变化，其测量范围广；但压力灵敏度较低，且玻璃管直接暴露在压力环境中，受到外界冲击，传感器容易受到破坏。IFPI(本征)型光纤压力传感器将FPI微型光纤结构埋入到环氧树脂内测量压力[14-15]，但IFPI结构加工工艺复杂，传感器难以实现大批量生产。 传统的EFPI-FBG复合结构将光纤F-P传感器与光纤光栅串联，实现应变测量的同时进行温度补偿[16-17]。本文研制了环氧树脂封装的EFPI-FBG复合压力温度传感器，以F-P腔和光纤光栅为敏感元件，利用环氧树脂将EFPI-FBG复合结构进行封装保护作为压力弹性体，抗震性能好，灵敏度高。在压力作用下，环氧树脂受力压缩，封装于环氧树脂内部的玻璃管随着环氧树脂的变形而轴向压缩， EFPI结构中F-P腔的腔长随玻璃管轴向长度的变短而变短，从而实现压力测量。环氧树脂受温度影响沿轴向发生形变，使得环氧树脂内的玻璃管轴向长度发生变化。为消除温度变化对压力测量的影响，玻璃管内的入射光纤刻有光栅且处于自由状态，进行温度检测，从而对压力传感进行温度补偿。 2 传感器结构设计及其工作原理 2.1 EFPI传感原理 如图1所示，EFPI传感器是由两个端面平行、同轴的单模光纤，密封于内径为D 的准直管内而成。两光纤端面构成F-P腔，腔长为L。当一束宽带光束射入F-P腔中，大部分光能够在F-P腔中来回多次反射，形成光学谐振。如图2所示，如果F-P传感器的光程差保持不变，反射光谱的强度在以波长为横轴的二维坐标系中，为一条正弦曲线。光学F-P腔的反射干涉信号与腔长L有关，当玻璃管产生轴向应变，导致F-P腔的腔长随着玻璃管轴向长度的变化而改变，这会引起输出光谱的整体漂移，利用这一点，F-P腔可以应用于压力测量。 图1 EFPI传感器结构Fig.1 Structure of EFPI sensor 题目：压力传感器数据采集 摘要 压力传感器是自动控制中使用最多的测量装置之一。在大型的化工项目中,几乎包含了所有压力传感器的应用:差压、绝压、表压、高压、微差压、 高温、低温,以及各种材质及特殊加工的远传法兰式压力传感器。近年来压力传感器在市场上大热，在各类消费产品中都可以看到传感器的应用，既丰 Abstract Pressure sensor is one of the most frequently used measuring devices in automatic control. In large-scale chemical projects, including almost all the pressure sensor application: differential pressure, absolute pressure, gauge pressure, high pressure, differential pressure, high temperature, low temperature, and a variety of materials and special processing transmission flange type pressure sensor. In recent years, pressure sensor in the market hot, in a wide range of consumer products can see sensor application, not only enrich the functions of the product and improve the products of the convenience and ease of use, become to attract consumer attention, a new bright spot. The pressure sensor has zero drift compensation is used to improve the measurement accuracy and temperature stability of the sensor. The system can realize the signal acquisition, processing and transmission in some special places, which can solve the complicated scene connection, and has the advantages of low cost, good reliability and strong practicability. 法珀腔光纤压力传感器原理 法珀腔光纤压力传感器原理如下： 法珀腔（Fabry-Perot interferometer）是一种典型的多光束干涉仪，由两个平行的反射镜组成，中间形成一束光路。当一束与平行板呈角度的光射入法珀腔时，会在平行板中发生多次反射和折射，这些相同频率的光会发生干涉，形成多光束干涉。 光从折射率为n_0的物质中，以角度为θ_1的入射角进入间隔距离为d的 平行板中，平板中的折射率为n_1，由此光在板内的折射率为θ_2，在两块平板间经过多次反射和折射，光程差相同的同频光会发生干涉。光程差引起的相位差使投射光强和反射光强遵从干涉强度分布的公式，即艾里公式。测量反射光强可测量d的大小，这就是光纤法珀腔压力传感器的基本原理。 具体来说，法布里-珀罗干涉仪技术由两条平行的线组成，完全平坦的半反 射镜由一个给定的间隙隔开。当光源通过多模光纤注入法珀腔后，会在半反射镜上发生反射和透射。每次反射时，入射光束的一小部分会逃逸出法珀腔，产生大量平行光束与它们进入法珀腔的角度相同。在自由空间中，通过会聚透镜产生了多重的建设性干涉，形成非常明亮和尖锐的干涉条纹的光束。它 们的间距将取决于光程（即与平行平面与折射率之间的距离在这些平面之间）和自然波长上。然后，光被耦合器分开并传入不同的光纤中。 在法珀腔压力传感器中，当外界压力作用在法珀腔上时，会改变法珀腔的长度或折射率，从而改变干涉条纹的间距和数量。通过检测干涉条纹的变化，可以测量外界压力的大小。具体地，可以采用解调器将干涉条纹转化为电信号的变化，并利用相关算法和计算方法计算出外界压力的大小。 以上内容仅供参考，如需了解更多信息，建议查阅有关文献或咨询相关人员。 法布里-珀罗光纤传感综合报告 一、基本概念及工作原理 光纤传感技术主要涉及不同类型光纤传感器的开发和应用。在目前已经开发出的各种类型光纤传感器中应用比较广泛的有光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)、长周期光纤光栅(Long Period Fiber Grating，LPFG)和几种基于干涉原理的传感器，包括马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder Interferometer，MZI)、迈克尔逊干涉仪(Michelson Interferometer，MI)和法布里-珀罗干涉仪(Fabry-PerotInterferometer，FPI)等。其中光纤法布里-珀罗干涉仪高温传感器具有体积小、制作简单、灵敏度高、耐高温和抗电磁干扰等优点，广泛应用于航空航天、能源工业及环境监测等领域。 1.1法布里-珀罗传感器原理 光纤FPI传感器是基于多光束干涉原理，其中多光束干涉是指一组相互平行并且任意两束光之间光程差都相同且频率相同的光束相干叠加。典型的FPI 通常由两个平行的反射面构成，如图1所示，当一束光以倾角θ，入射到厚度为L的平行玻璃板时，光会发生多次反射，从而形成多光束干涉。 图1 多束光干涉原理图 并且无论是反射光还是透射光，任意两束相邻光束之间的相位差δ 可都是相同的。相位差δ 可由公式(1) 计算： nLcosθt（1） δ=4π λ0 在公式(1)中，λ0为光的波长，n为玻璃板的折射率，θt为射入玻璃板光束的折射角，L为玻璃板的厚度。反射面上的光强为： I0（2） I r=T2 T2+4Rsin2δ 2 其中I0为初始光源。透射面上的光强为： I0（3） I t=T2 T2+4Rsin2δ 2 其中T 是玻璃板单面的透射率，R 是玻璃板单面的反射率。从公式(1) 可知，任意两个相邻光束的相位差δ 由入射光的波长λ0，玻璃板的折射率n，玻璃板的厚度L 和进入玻璃板光束的折射角θt 共同决定。 光纤FPI 传感器的两个反射面可近似看作玻璃板的上下表面。当传感器受到环境的影响时，法珀腔内部的折射率或腔长发生变化，表现为其反射谱的反射峰发生红移或蓝移。当反射率非常低时，可以将多光束干涉近似地视为双光束干涉。此时，FPI 干涉光谱的光强公式可以表示为： I=I1+I2+2√I1I2cosϕ（4）其中，I1和I2分别是从FPI 两个反射面反射的光的强度，而ϕ是FPI 随压力和温度变化引起的相变，可以表示为： ϕ=4πn1L/λ+ϕ0（5）其中n1是FPI 中法珀腔内部的折射率，ϕ0是初相位，L 是法珀腔的腔长，λ 是入射光的波长。FPI干涉光谱的自由光谱范围(Free Spectrum Range，FSR) 为： FSR=λ2−λ1=λ1λ2 （6） 2n1L 其中λ1是干涉波谷的波长，λ2是λ1 相邻干涉波谷的波长。 1.2光纤FPI传感器的温度传感原理 当外界温度改变时，光纤的折射率以及长度会发生变化，从而导致FPI的相位发生变化，引起光纤FPI的干涉谱发生移动。因此可以通过检测其干涉谱的移动来感知外界温度的变化。FPI的干涉波谷的波长可以表示为： 滨江学院 毕业论文(设计) 题目基于法布里-珀罗腔的光纤温度传感器的设计 院系电子工程系 专业电子科学与技术 学生姓名陈如俊 学号20072321045 指导教师葛益娴 职称讲师 二Ｏ一一年六月二日 目录 1引言 (1) 2光纤法布里-珀罗腔传感器的基本原理 (2) 2.1光纤法布里－珀罗传感器结构 (2) 2.2光纤法布里－珀罗温度传感器的干涉原理－多光束干涉 (3) 3. 光纤温度传感器的设计 (5) 3.1 设计结构 (5) 3.2 模型分析 (5) 3.3模拟仿真 (7) 4.解调方法 (8) 4.1常用解调方法 (8) 4.1.1强度解调法 (8) 4.1.2相位解调 (9) 4.1.3波长解调 (11) 4.2双波长解调方法 (13) 4.3数据处理 (14) 5．GUI界面 (15) 参考文献 (17) 基于法布里-珀罗腔的光纤温度传感器的设计 陈如俊 南京信息工程大学电子科学与技术，南京210044 摘要：本文主要阐述了以半导体硅为基底，光纤为核心的温度传感器的设计，详细介绍了以法布里-珀罗腔为理论模型的光纤温度传感器的工作原理，利用半导体硅的热光效应，仿真模拟了该传感器的设计参数，提出了用双波长法解调该传感器，利用Matlab软件设计了一个关于光纤温度传感器温度测量线形拟合直线的GUI界面，结果表明该传感器可适用于煤矿等恶劣环境。 关键词：光纤，光纤温度传感器，半导体硅，热光效应 1引言 由于光纤传感器及技术具有较其它传感器无法比拟的特点，所以近几年来，光纤传感器与测量技术发展成为仪器仪表领域新的发展方向，而新型光纤传感器不外乎有以下特点：（1）光纤传感器具有优良的传光性能，传光损耗很小，目前损耗能达到≤0.2 dB/km的水平。 （2）光纤传感器频带宽，可进行超高速测量，灵敏度和线性度好。 （3）光纤传感器体积很小，重量轻，能在恶劣环境下进行非接触式、非破坏性以及远距离测量。 还具有灵敏度高、可靠性好、原材料硅资源韦富、抗电磁干扰，抗腐蚀、耐高压、电绝缘性能好、可绕曲、防爆、频带宽、损耗低等特点。同时，它还便于与计算机相连，实现智能化和远距离监控。对传统的传感器起到扩展提高的作用，不少情况下能够完成前者很难完成甚至不能完成的仟务。 正是由于光纤传感器具有许多独特优势，可以解决许多传统传感器无法解决的问题，故自从它问世以来，就被广泛应用于医疗、交通、电力、机械、石油化工、民用建筑以及航空航天等各个领域。 国内外现已有多种光纤辐射高温计,其中比较典型的是中国科学院西安光学精密机械研究所于 1989年12月申请的专利“双波长光纤温度传感器,其由探测光纤连接器、Y型分路集成器、信号处理和显示部分组成具有结构紧凑体积小、成本低、性能高等特点。该传感器可用于高温测量 ,相对误差小于1% ,响应速度为0~10um/ms,可调。值得注意的是 ,现已 1——支架（长*宽*厚：) 5——弹簧（长：） 2——六角螺母 6——布拉格光纤光栅（长：） 3——玻璃垫片（长*宽*厚：） 7——支架（长*宽*厚：） 4——镀膜金属片（长*宽*厚：） 8 ——不锈钢弹簧（长：） 9——六角螺母 我的电脑/E 盘/资料/邵/光纤光栅论文/几种工程化光纤光栅传感特性及光纤光栅解调技术的实验研究/2006.6/哈工大硕士学位论文 光纤光栅压力、位移一体化传感器的组成部分主要为： a) 活塞杆：作为传感器的传力构件，是外力向传感器内部传递的途径。 其作用是将作用在其上的力传递给弹簧。 b) 弹簧：作为传感器的间接受力构件，当活塞受力时，弹簧将活塞所受 的力传递给压力环，并起到缓冲保护活塞杆的功能。 c) 压力环：作为传感器的核心构件，其作用至关重要。光纤光栅粘贴于 压力环的外表面，外力作用的大小和活塞的位移压力环上的光纤光栅测量推导 出。 d) 密封件：传感器的重要组成部分。其作用是防尘、防水，保护缸体内 的传感元件。 e) 缸体：保护传感器的内部构件，使传感器各构件形成一个完整的整 体。 光纤光栅压力、位移一体化传感器的基本原理是：当外力作用在传感器的活塞头时，由于弹簧的作用，外力将推动活塞杆向前行进，而压力环由于受到弹簧的作用力而产生变形，最后通过粘贴在压力环上的光纤光栅进行应变监测，由此可反推出外力的大小和外力作用产生的位移。温度补偿由粘贴在压力环内壁的无外力影响的温度传感器实现。 我的电脑/E盘/资料/邵/光栅传感器/应变/基于光纤布拉格光栅传感器的光纤光栅智能夹层实验研究/李东升/光学学报/南京航空航天大学/2005.9 以美国杜邦公司Kapton 聚酰亚胺薄膜为例, 主要技术参量为: 1) 工作温度- 269400 ℃; 2) 弹性模量2. 96 GPa ; 3) 抗拉强度234 MPa ; 4) 延伸率60 %～80 %; 5) 热膨胀系数24 ×10 - 6 / ℃; 6) 密度1. 38 g/ cm3 ; 7) 绝缘强度142 kV/ mm ; 8) 介电常量3. 6 (1 MHz) 。 光纤光栅智能夹层的制作单位是常州市宇宙星电子制造有限公司。其制作过程如下:将长宽大小为250 mm ×250 mm ,厚度0. 025 mm的聚酰亚胺薄膜(美国杜邦公司生产) 平铺于平板上,厚度0. 025mm 的丁晴橡胶系固化胶(美国杜邦公 司生产) 粘贴于该薄膜上,所需埋入光纤布拉格光栅传感器经理顺后粘接定位,再 光纤传感技术综述 摘要 光纤传感及其相应技术在经过了二十余年的研究和探索,已逐步迈入了实用化阶段.本文对光纤传感技术进行综述，特别对于光纤传感技术近年的发展做详细介绍。随着光纤技术与相关光电子元器件的发展，光纤传感技术正逐步成为继光纤通信产业发展之后又一大光纤应用技术产业。光纤传感作为传感技术中一个重要分支正不断为工业、农业、交通、能源、医疗卫生、科学技术以及军事技术的信息化提供愈来愈多的服务，并愈来愈为人们所认识与接受。 关键词：应用；产业化；进展 目录 第一章什么是光纤传感技术 (2) 1.1 光纤传感技术的定义 (2) 1.2 光纤传感技术简介 (2) 1.3 光纤传感技术应用 (3) 第二章光纤传感技术的发展 (4) 2.1 光纤传感技术发展与产业化 (4) 2.2 几种光纤传感器发展现状 (5) 2.3 光纤传感技术的未来发展趋势 (7) 结束语 (8) 参考文献 (8) 第一章什么是光纤传感技术 1.1 光纤传感技术的定义 光纤传感技术是20 世纪70 年代伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的，以光波为载体，光纤为媒质，感知和传输外界被测量信号的新型传感技术。作为被测量信号载体的光波和作为光波传播媒质的光纤，具有一系列独特的、其他载体和媒质难以相比的优点。光波不怕电磁干扰，易为各种光探测器件接收，可方便的进行光电或电光转换，易与高度发展的现代电子装置和计算机相匹配。 1.2 光纤传感技术的简介 光纤工作频带宽，动态范围大，适合于遥测遥控，是一种优良的低损耗传输线；在一定条件下，光纤特别容易接受被测量或场的加载，是一种优良的敏感元件；光纤本身不带电，体积小，质量轻，易弯曲，抗电磁干扰，抗辐射性能好，特别适合于易燃、易爆、空间受严格限制及强电磁干扰等恶劣环境下使用。因此，光纤传感技术一问世就受到极大重视，几乎在各个领域得到研究与应用，成为传感技术的先导，推动着传感技术蓬勃发展。 光纤传感，包含对外界信号（被测量）的感知和传输两种功能。所谓感知（或敏感），是指外界信号按照其变化规律使光纤中传输的光波的物理特征参量，如强度（功率）、波长、频率、相位和偏振态等发生变化，测量光参量的变化即“感知”外界信号的变化。这种“感知”实质上是外界信号对光纤中传播的光波实时调制。所谓传输，是指光纤将受到外界信号调制的光波传输到光探测器进行检测，将外界信号从光波中提取出来并按需要进行数据处理，也就是解调。因此，光纤传感技术包括调制与解调两方面的技术，即外界信号（被测量）如何调制光纤中的光波参量的调制技术（或加载技术）及如何从被调制的光波中提取外界信号（被测量）的解调技术（或检测技术）。 外界信号对传感光纤中光波参量进行调制的部位称为调制区。根据调制区与光纤的关系，可将调制分为两大类。一类为功能型调制，调制区位于光纤内，外界信号通过直接改 简析光纤传感技术在地震监测中的应用 摘要：光纤传感器是一种近年来新出现的地震监测新手段，光纤传感器本身具 有精度较高且能够抗电磁干扰等特点，应用在地震检测中，能够得出较为准确的 结果。因此需要利用光纤传感器本身的抗干扰能力等优秀性能，推动光纤传感设 备在地震监测中的应用，基于此，本文阐述了光纤传感器的传感原理及特点以及 光纤传感器在地震前兆观测中的主要技术，对光纤传感器在地震监测中的应用进 行了简要分析，旨在提高地震监测水平。 关键词：光纤传感器；传感原理；特点；技术；地震监测；应用 我国作为地震多发国家，目前对地震监测研究逐渐深入，利用光纤传感器 是其重要环节之一。近年来光纤传感技术被广泛地应用于地形变观测、地震波探测、水文地球化学观测和地磁探测等众多领域并取得了大量研究成果。以下就光 纤传感器在地震监测中的应用进行了探讨分析。 一、光纤传感器的传感原理及特点 光纤传感器可以按照传感原理分为强度调制光纤传感器、相位调制光纤传感器、 波长调制光纤传感器等。具体表现为： 1、强度调制光纤传感器。强度调制光纤传感器通过感知外界环境导致的光 纤传输光强度变化来检测相应的物理量。光纤法珀传感器是一类典型的强度调制 光纤传感器。它是历史最长、技术最为成熟、应用最为普遍的一种光纤传感器。 光纤法珀传感器是光纤传感器中的重要一员。光纤法珀传感器的核心敏感元件是 法珀腔，所有被测物理量的变化都会直接或间接地反映在法珀腔长的改变上，根 据光纤珐珀腔的结构不同，光纤法珀传感器可以分为本征型（EFPI），非本征型（IFPI）和在线复合型（ILFP）。非本征型光纤法珀传感器是目前光纤法珀传感器 中应用最广泛、研究最多的一种光纤法珀传感器，常见的非本征型光纤法珀传感 器有毛细管型非本征光纤法珀传感器和膜片式微加工型光纤法珀传感器。 2、相位调制光纤传感器。相位调制光纤传感器通过敏感部件感知光纤折射 率或传播常数的变化从而对被测物理量进行探测。这类传感器需要采用干涉技术 将相位信息转化为强度信息来进行检测。 3、波长调制光纤传感器。波长调制光纤传感器主要指光纤光栅传感器，这 类传感器利用待测物理量调制传输光波长信息，通过探测波长信息的变化即可对 待测量进行检测。光纤光栅传感器是一类典型的波长调制光纤传感器。光纤光栅 不仅尺寸很小、重量相对轻、还具有带宽宽、灵敏度很高、耐腐蚀能力强和抗电 磁干扰能力强等的优点，由于其固有特性，能够实现对波长的绝对编码、集传感 与传输于一体、且可以不受光功率波动的影响、相对易于制作封装及埋入材料的 内部。在测量领域能对结构的应力、应变进行高精度的绝对检测。同时，也能够 采用准分布式的方式多点测量外界温度、应力场作用下的大量待测目标的时间和 空间特征。 二、光纤传感器在地震前兆观测中的主要技术分析 1、基于光纤光栅的高精度低壳形变观测技术。首先是光纤光栅的观测技术，在光纤光栅穿高技术之前，一直使用干涉式测量系统进行短期测量，虽然精度可 以向上发展，但是发展的同时，因其本身测量是相对的，不能进行绝对测量，造 成其不适应长期的地形观测。反之光纤光栅传感技术虽然能够进行绝对测量，能 够应用在长期的地形变化检测中，但是本身的测量精度较低，通过干涉式测量系 统以及光纤光栅系统的精度的对比，可以发现，干涉式光纤的精度可以达到10-9 光纤传感器网络中的数据采集与处理技术研 究 随着科技的发展和现代化社会的需要，传感器网络已经成为了一种不可或缺的环境监测手段。而在传感器网络中，光纤传感器网络因其高灵敏度、防干扰、长寿命等特点受到了广泛的关注和应用。光纤传感器网络在环境监测、工业自动化、油田开发和海洋科学等方面都有优秀的表现。但是，光纤传感器网络在数据采集与处理技术方面还面临着一些挑战。 一、数据采集技术 光纤传感器网络一般分为两大类：点式传感器网络和分布式光纤传感器网络。其中点式传感器网络是将传感器直接连接在被测量的结构物上，并且每个传感器都有一个独立的测量通道。这种传感器网络的数据采集技术相对简单。 而分布式光纤传感器网络则是将单根光纤分成很多段，每一小段都可以作为一个传感器。每个小段在传输过程中都会发生一些微弱的信号变化，通过对光信号的分析和处理，就可以得到对应位置的物理量。这种传感器网络数据采集技术比较复杂，因为要进行光信号的调制和解调等操作。 在光纤传感器网络的数据采集中，需要考虑的因素有很多。首先，要确定所需要测量的物理量，如温度、压力、形变等。其次，要选择合适的传感器类型，包括点式传感器和分布式光纤传感器。最后，要设计合适的数据采集系统，考虑传感器接口、采样频率、信号处理等问题。 二、数据处理技术 光纤传感器网络在数据处理上的主要问题是如何增强信号的精 度和准确性，以得到更为准确的测量结果。这涉及到信号的处理 和分析技术。 1、信号处理 光纤传感器网络的信号处理包括光学模型、信号调制、信号解调、滤波和数据转换等方面。其中，光学模型是指将物理量转化 为光学信号的数学模型；信号调制是指将物理量信号或变化通过 信号调制器转化成一定的光学信号；信号解调是指将光学信号转 化为电信号并对其进行解调、滤波等处理。滤波是将干扰信号滤出，只留下所需信息的处理手段。数据转换是将已获取的信号转 化为数字信号，便于进一步分析和处理。 2、信号分析 光纤法珀腔声传感器理论与仿真分析研究 程进;邹小平 【摘要】根据干涉原理,对基于低精细度法珀腔的光纤声传感器的敏感机理进行了理论分析,明确了采用单色光源工作时需要满足正交相位点和小信号的条件.采用ANSYS软件,对敏感声波的振膜进行了预应力振动模态和预应力谐响应有限元分析,仿真了在声波作用下振膜的振动特性,以及其频率响应特性.进一步分析了光纤法珀腔声传感器的灵敏度与材料、结构、光学、电学参量的关系,以及它的动态范围.【期刊名称】《传感技术学报》 【年(卷),期】2018(031)011 【总页数】8页(P1633-1640) 【关键词】光纤声传感器;法珀腔;仿真分析;灵敏度;动态范围 【作者】程进;邹小平 【作者单位】北京信息科技大学传感技术研究中心,北京市传感器重点实验室,教育部现代测控技术重点实验室,北京100101;北京信息科技大学传感技术研究中心,北京市传感器重点实验室,教育部现代测控技术重点实验室,北京100101 【正文语种】中文 【中图分类】TN253 作为一种新型声传感器,光纤声传感器与现有电动式、压电式、电容式等传统的声-电直接转换原理的声传感器相比,具有灵敏度高、抗电磁干扰、传输损耗低、耐腐 蚀、体积小、重量轻等优点,在环境噪声监测、噪声源定位、光声探测[1]等应用领 域也有广泛的需求,特别是对强电磁干扰环境下的声波拾取具有不可替代性[2]。因 此光纤声传感器得到广泛研究。 光纤声传感器根据调制光学参量的不同,可分为强度型、相位型、波长型、偏振型等,其中研究较多的主要强度型和相位型光纤声传感器。强度型光纤声传感器的研 究开展的较早,它原理简单,易于实现,目前已商品化。相对于相位型光纤声传感器,它的灵敏度较低、本底噪声较大[3],不能满足于微弱声信号的应用,如微弱语音拾取、远距离声源定位、光声探测等。相位型光纤声传感器是基于超高灵敏的光干涉技术,具有灵敏度高、本底噪声低等优点,因此目前是声传感器的前沿研究热点之一[4]。 相位型光纤声传感器是通过不同的干涉结构实现的[5],包括迈克尔逊、马赫-曾德尔、法珀腔、萨格纳克环等干涉结构。在这些干涉结构中,法珀干涉结构只需一根光纤, 该光纤的端面与敏感体的反光面形成法珀腔,该结构简单,特别适合制作声传感器。 目前关于光纤法珀腔声传感器的研究主要涉及如下几个方向:①法珀腔的设计[6-14],包括采用不同结构、不同的振膜、不同材料制作光纤法珀腔声传感探头;②信号解调方法研究[15-16];③稳定性研究[17-18]等。目前光纤法珀腔声传感器还没有 实用化,在实用化过程中,需要对其进行较为系统的理论与仿真分析研究,然而目前关于这方面的研究鲜有报道。 本文根据光纤法珀腔声传感器的原理结构,对其敏感机理进行了理论分析,采用ANSYS软件对振膜的预应力振动模态和预应力谐响应进行了有限元仿真,并对其关键参数灵敏度、动态范围进行了分析。本文对光纤法珀腔声传感器的实应化研究具有指导作用。 1 光纤法珀腔声传感器原理结构 光纤法珀腔声传感器的原理结构如图1所示,它的核心结构包括敏感声波的振膜和 光纤,其中振膜的反光面和光纤端面组成光纤法珀腔。 采用3×3耦合器的分布反馈式光纤激光传感器解调技术毛欣;黄俊斌;顾宏灿 【期刊名称】《发光学报》 【年(卷),期】2017(038)003 【摘要】为了实现分布反馈式光纤激光传感器(DFB FL)大动态范围、稳定解调,建立了基于3×3耦合器的迈克尔逊干涉仪解调系统.对该系统所采用的对称解调算法(NPS)和反正切解调算法进行了深入研究.首先,介绍了基于3×3耦合器解调算法的原理及耦合器不对称时的调校方法.接着,对干涉仪所需最小非平衡路径长度的选取与系统强度噪声、激光器频率噪声的关系进行了分析.最后,针对NPS算法与反正切算法最大可解调信号幅度进行了分析对比,并研究了微分器对对称解调方法解调范围的影响.实验结果表明:NPS算法动态范围高于反正切算法,微分器的幅频特性不理想会减小解调动态范围.在采样频率为125 kHz、信号频率为1 kHz、干涉仪非平衡路径为100 m时,NPS算法与反正切算法的动态范围分别达到96 dB和 90 dB.用解调前调校的方法,基于3×3耦合的解调方法动态范围大,能够实现稳定解调,满足工程应用要求. 【总页数】7页(P395-401) 【作者】毛欣;黄俊斌;顾宏灿 【作者单位】海军工程大学兵器工程系, 湖北武汉 430000;海军工程大学兵器工程系, 湖北武汉 430000;海军工程大学兵器工程系, 湖北武汉 430000 【正文语种】中文 【中图分类】TN253;TP212.14 【相关文献】 1.分布反馈式光纤激光水听器阵列研究进展 [J], 毛欣;黄俊斌;顾宏灿;孙洋 2.一种耐静压分布反馈式光纤激光水听器探头设计 [J], 陆祈祯; 黄俊斌; 顾宏灿; 汪云云 3.分布反馈式光纤激光水听器拖曳线列阵实验研究 [J], 唐波;黄俊斌;顾宏灿;毛欣 4.强耦合光纤波分耦合器解调技术的全光纤FBG传感器 [J], 林光;李志远;廖永榴;陈锐 5.基于流固耦合作用的分布反馈式光纤激光水听器 [J], 唐波;黄俊斌;顾宏灿;毛欣因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买 光纤光栅传感器解调技术及封装工艺 的研究共3篇 光纤光栅传感器解调技术及封装工艺的研究1 光纤光栅传感器解调技术及封装工艺的研究 随着科技的不断发展，人们对传感器的需求也越来越高，在许多领域都有广泛的应用。光纤光栅传感器是一种应力、温度等物理量测量的传感器，具有高精度、抗干扰能力强、体积小等优点。而光纤光栅传感器解调技术及封装工艺的研究，是提高该传感器稳定性、可靠性、可应用性的关键。 一、光纤光栅传感原理及分类 光纤光栅传感器是利用光纤光栅的反射原理来测量应力、温度等物理量的一种传感器。光纤光栅传感器主要分为两类：静态光纤光栅传感器和动态光纤光栅传感器。静态光纤光栅传感器是通过测量光纤光栅在受力作用下的变化，从而获得物理量的信息；动态光纤光栅传感器则是通过测量光纤光栅受到的外部干扰所产生的相位变化，从而获得干扰物理量的信息。 二、光纤光栅传感器解调技术 光纤光栅传感器的解调技术是指从光纤光栅的反射光信号中提取出待测量物理量的技术。其中，光纤光栅传感器的精度与线性度关系密切，因此精确的解调技术是确保传感器精度和可靠 性的重要保证。 1. 光谱解调技术 光谱解调技术是利用光纤光栅在不同载入下所产生的反射光谱，从而反推出物理量信息的方法。该方法的优点在于具有高精度和较大的测量范围，但由于其需要较高的光源功率，所以不适宜在复杂环境下使用。 2. 时间域解调技术 时间域解调技术是利用光纤光栅在受力作用下的反应时间差，从而反推出物理量信息的方法。该方法具有测量速度快、对外部干扰不敏感等优点，但由于其对光源谐波抑制能力要求较高，所以需要一定的硬件配合才能正常使用。 三、光纤光栅传感器封装工艺 光纤光栅传感器的封装工艺是指保护传感器光纤光栅不受外界干扰、延长传感器寿命的一系列工艺。其中，光纤光栅传感器的保护套管应具备耐高温、耐腐蚀、防水、防氧化等性能。 1. 材料的选取 传感器保护套管材料在保证传感器性能的前提下，应该尽可能选取价格合理、易加工、热膨胀系数小、机械强度高、防折强度好以及高温抗拉强度好等性能优异的材料。 （19）中华人民共和国国家知识产权局 （12）发明专利申请 （10）申请公布号 CN109164050A （43）申请公布日 2019.01.08（21）申请号CN201811131211.3 （22）申请日2018.09.27 （71）申请人电子科技大学 地址611731 四川省成都市高新区(西区)西源大道2006号 （72）发明人曹忠旭;袁中野;姚佰承;吴宇;饶云江 （74）专利代理机构电子科技大学专利中心 代理人闫树平 （51）Int.CI 权利要求说明书说明书幅图 （54）发明名称 基于硒化钨薄膜沟道结构的光纤法珀超敏气体传感器 （57）摘要 本发明属于传感领域，具体涉及基于硒化 钨薄膜沟道结构的光纤法珀超敏气体传感器。本 发明采用成熟稳定的传感原理，结合光学、超材 料学科和微纳加工的先进工艺，在单模光纤端面 集成硒化钨‑金电导结构，依靠硒化钨的物理吸附 与电可调特性，通过调制硒化钨所加电压实现气 体分子的吸附与释放。兼顾了传感器的响应速度 和灵敏度，同时该器件尺寸微小，热稳定性良 好，传感功耗较小：该传感器的响应时间仅为电 化学气体传感器的千分之一，灵敏度可达传统光 学气体传感器的1000倍以上，传感功耗低至100 纳瓦。该传感器可直接集成于全光系统，实现全 光网络的高速信息传感。 法律状态 法律状态公告日法律状态信息法律状态 2019-01-08公开公开 2019-01-08公开公开 2019-02-01实质审查的生效实质审查的生效 权利要求说明书 基于硒化钨薄膜沟道结构的光纤法珀超敏气体传感器的权利要求说明书内容是....请下载后查看 光纤光栅论文：光纤光栅位移传感系统开发及在海底隧道安全监测中的应用研究 光纤光栅论文：光纤光栅位移传感系统开发及在海底隧道安全监测中的应用研究 【中文摘要】海底隧道不占地,不妨碍航行,不影响生态环境,不受天气和气候变化影响,是一种非常安全的全天候的海峡通道。但是它在给人类带来了巨大便利和财富的同时,也存在一定的风险,很可能会造成巨大的经济损失,甚至是灾难性的后果,因此海底隧道的安全监测至关重要。为了实现对海底隧道的安全监测,本课题研制出一种新型的光纤光栅位移传感器,通过海底隧道模型试验,验证其性能.。论文首先介绍了光纤光栅的,位移传感器的应用现状。基于光纤光栅传感技术提出了一种利用光纤光栅位移传感对海底隧道进行安全监测的方案。该方案采用光纤光栅作为传感元件,利用波分复用技术实现对海底隧道围岩变化的实时在线监测。经过各方面的准备以及对海底隧道工程的研究,根据工程的要求,设计了相应的硬件系统。主要包括：光纤光栅位移传感器设计、传感器在隧道模型试验中的埋设以及解调系统的安装。本文介绍了海底隧道模型的制作过程,海底隧道的挖掘过程,以及整个过程中,光纤光栅位移传感器的信号监测。本系统的软件主要论述了海底隧道中光纤光栅位移传感网络的实现,介绍了实时曲线监测、数据存储以及历史数据查询。该系统现场进行了长期运行,结果表明系统运行稳定可靠,效果良好。 【英文摘要】The undersea tunnel is a very safe all-weather strait tunnel, which doesn’t occupy space and doesn’t hinder 光纤光栅传感网络技术研究与应用 随着科学技术的发展，传感器在各个领域的应用越来越广泛。其中，光纤光栅传感网络技术作为一种先进的传感器技术，具有高灵敏度、抗干扰能力强、传输距离远等优点，在工业生产、医疗卫生、建筑设施等领域得到了广泛应用。本文将详细介绍光纤光栅传感网络技术的现状、研究方法及其应用，并展望未来的发展趋势。 光纤光栅传感网络技术是基于光纤光栅（FBG）的一种传感器技术。 光纤光栅是一种由光纤制造的周期性折射率变化的器件，通过对光纤的光学特性进行调制，实现对特定波长光的反射。光纤光栅传感网络由多个光纤光栅和一个解调器组成，通过对反射光的波长变化进行测量，实现对外部物理量的感知。该技术在其他相关领域也有着广泛的应用，如光纤通信、光学陀螺仪等。 目前，国内外对于光纤光栅传感网络技术的研究已经取得了很多成果。在国外，一些知名的研究机构和企业，如美国的麻省理工学院、斯坦福大学、日本的东芝公司等，都在该领域进行了深入的研究和产品开发。在国内，一些高校和科研机构，如清华大学、北京大学、中科院等，也在积极开展光纤光栅传感网络的研究工作。 在实现方法上，目前光纤光栅传感网络主要采用分布式和集成了两种 方式。分布式光纤光栅传感网络可以实现长距离的感知，但解调难度较大；集成式光纤光栅传感网络可以实现多个光纤光栅的集成，提高测量精度和响应速度，但测量距离较短。还有一些研究小组尝试将光纤光栅与其他传感器进行结合，以实现多参数的测量。 光纤光栅传感网络技术在各个领域都有广泛的应用。在工业生产中，可以利用光纤光栅传感器对生产过程中的各种物理量进行实时监测，如温度、压力、位移等，以提高生产效率和产品质量。在医疗卫生领域，光纤光栅传感器可以用于实时监测病人体内的生理参数，如血压、体温等，为医生提供准确的诊断依据。在建筑设施领域，光纤光栅传感器可以用于监测建筑物的变形、振动等，为建筑物的安全评估和预防性维护提供支持。 随着光纤光栅传感网络技术的不断发展，未来该领域的研究将更加深入和应用更加广泛。预计未来的研究将主要集中在以下几个方面： 高灵敏度光纤光栅传感器的研发：目前的光纤光栅传感器在某些方面的灵敏度还有待提高，因此未来的研究将致力于开发出更高灵敏度的光纤光栅传感器，以满足不同领域的应用需求。 智能化光纤光栅传感系统的研究：未来的光纤光栅传感系统将更加智能化，具备自适应、自校准等功能，能够更好地适应各种复杂环境的光纤振动传感技术综述
MEMS光纤法珀压力传感器的设计及解调方法实现
环氧树脂封装的EFPI-FBG复合压力温度传感器
压力传感器数据采集
法珀腔光纤压力传感器原理
法布里-珀罗光纤传感综合报告
基于法布里-珀罗腔的光纤温度传感器的设计
传感器结构
光纤传感器 综述
简析光纤传感技术在地震监测中的应用
光纤传感器网络中的数据采集与处理技术研究
光纤法珀腔声传感器理论与仿真分析研究
采用3×3耦合器的分布反馈式光纤激光传感器解调技术
光纤光栅传感器解调技术及封装工艺的研究共3篇
基于硒化钨薄膜沟道结构的光纤法珀超敏气体传感器
光纤光栅论文：光纤光栅位移传感系统开发及在海底隧道安全监测中的应用研究
光纤光栅传感网络技术研究与应用