光纤传感技术论文范文第1篇
1 传感的原理
对于一般的光纤光栅而言,光纤光栅具有把符合布拉格(Bragg)条件的入射光耦合到反射模中去的作用,即可得[2]:λB=2neffΛ。
式中:λB为光栅的中心波长,neff为光纤的有效折射率,Λ为纤芯折射率的调制周期。
布拉格波长随应变和温度变化的关系为[2]:△λB=2neffA[(1-Pe)ε+ξ△T]。
式中:ε为轴向应变;ξ为光纤材料的热光系数;△T为环境温度变化;Pe为光纤的有效弹光系数。
光纤光栅布拉格波长变化与其两端的电压的关系为[3]:。
由上式,叮知,布拉格波长变化与其两端的电压成线性关系。
2 验结果及其分析
设计的新型电压传感器的结构如图1。
该电压传感器的制作,首先在压电陶瓷的两端加上合适的材料。本文用的是轻质铝皮,打磨得十分光滑,用胶水粘接在压电陶瓷的两端即可。然后再把一跟单模光纤压电陶瓷上面的铝皮粘结牢固。
电压传感器中的压电陶瓷是由淄博同明电子陶瓷有限公司生产,方形条状压的电微位移器,其规格为8820(mm)。压电叠堆片数为320片,压电应变常数d31>600pC/N。光纤光栅的布拉格波长λB=1550.145nm,再将以上数据代入式,即得:△λB=0.014U。
实验中,电压传感器性能测试示意图如图2所示。
光源为型号为AV6316的ASE光源,分析仪的型号为AQ63 1 9,驱动电路是以PA85A为核心的电路。实验时,分别调节驱动电路的电压,再测量光纤光栅的布拉格波长的变化情况。光纤光栅布拉格波长与电压的关系如图3所示。
由图可知,当电压变化范围为0～160V时,波长的变化与之的线性良好,其线性拟合度为=0.99。
最大调谐范围约为1.6nm。
3 结语
本文设计了一种新的电压传感器,该传感器的是在制作压电陶瓷的特殊封装结构的基础上,再巧妙地结合光纤光栅研制成功的。该电压传感器具有线性度好,所需电压相对较低,容易操作等优点。
摘要：基于压电陶瓷的光纤光栅传感器的设计。主要方法是利用改变压电陶瓷的相关封装的新结构,再结合光纤光栅而制成的电压传感器。由实验结果得出:在0～160V的电压范围内,中心波长的变化与该传感器两端的电压的改变有很好的线性关系,线性拟合度可达0.99,线性调谐的波长范围约为1.6nm。
关键词：压电陶瓷,光纤光栅
参考文献
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光纤传感技术论文范文第2篇
1 光源强度噪声及抑制方法
激光器输出强度的起伏表现为光强度噪声, 而相位起伏表现为光相位噪声。激光器的输出光强度起伏是由自发辐射引起的, 当激光受到某些调制时, 自发辐射的强度就会发生变化, 从而产生了强度噪声。所以激光器源输出光含有强度噪声是不可避免的, 我们只用尽量降低光源的强度噪声, 激光器强度噪声的定义为:
这里为激光器输出光功率起伏均方谱密度, 为激光器平均输出光功率。激光器的输出激光的强度噪声主要是来自激光器的抽运噪声, 在抽运时产生了激光器固有的驰豫振荡, 尤其在光纤激光器的低频范围内由驰豫振荡产生的低频噪声更为明显。光纤激光器在光纤传感领域中的广泛应用, 迫切要求降低光纤激光器由驰豫振荡产生的低频噪声。下面我们就驰豫振荡产生过程加以分析, 驰豫振荡是由激光器内部的反转集居密度与谐振腔内光子密度之间的一种相互藕合的一个动态过程, 其作用过程如图1所示。驰豫振荡产生机理可以分为四个阶段:第一阶段:泵浦激励使反转集居密度增加。达到阈值时开始产生激光, 泵浦激励增加的速率超过受激跃迁使减少的速率, 所以呈上升趋势。第二阶段:随光子密度增加, 受激跃迁使减少的速率不断增加。当泵浦激励增加的速率和受激跃迁使减少的速率相等之后, 反转集居密度开始减小, 但因大于阈值, 腔内光子数密度仍继续增加。第三阶段:腔内光子数密度达到最大值, 仍大于0, 受因增益小于损耗, 激跃迁继续使减小, 从这时振荡就开始了。因增益小于损耗, 也开始急剧减小。第四阶段:一方面小于阈值, 迅速减小到很小值。另一方面泵浦产生的又一次增大, 至时刻, 到达阈值, 重复前过程又开始新一次的尖峰。在抽运源激励的时间内, 上述的四个过程反复进行, 形成驰豫振荡。随着激光器的稳定运行, 其振荡的强度和频率均会达到一个稳定的状态。通过实验室对光纤激光器的研究发现, 利用光电负反馈实现对激光器驰豫振荡噪声的抑制, 其试验结构框图如图2所示。光纤激光器的输出激光经5:95的输出祸合器分成两路, 其中5%的光经光电探测器PD接收转换为电信号, 再经PID电路处理后反馈到泵浦激光器的驱动电路中, 通过调节驱动电路的输出电流, 从而起到抑制光源强度噪声的效果。在使用齐格勒一尼柯尔斯调整法调整光电负反馈PID电路的参数, 可以很好降低驰豫振荡的强度或者改变频率, 从而能够更好地抑制光纤激光器的强度噪声。光纤激光器弛豫振荡峰频率明显向后移动, 而且其峰值有很大幅度的下降。通过光电负反馈驱动泵浦激光器能够很好地抑制光源的强度噪声, 光纤激光器的本底噪声有了很大的降低。
2 光源相位噪声分析及抑制办法
由于自发发射光子相位的随机性, 导致光源输出光的心率波动而产生激光相位噪声。这种波动经干涉仪就会转化为相位噪声, 而且相位噪声会随着光纤干涉仪传感系统中光程差的增大而随之变大。在干涉测量系统中, 我们就是通过将振动信号转化为传输光相位的变化, 进而进行解调的。但是没有规律的相位变化产生的相位噪声限制了测量的最小相位, 同时也是影响信号接收灵敏度的重要因素。由公式1强度噪声所贡献的等效相位噪声可以表示为:
光源的相位噪声对传感器探测影响很大, 所以, 通常采用高单频窄线宽激光器作为光纤传感器的光源, 从而可以大大降低相位噪声。本文中所采用的光源是实验室自行研制的根据实验室以低噪声单频窄线宽保偏光纤激光器作为光源, 该激光器输出激光线宽小于IKHZ, 其相干长度可以达到60km, 具有良好的相干特性, 在光纤干涉测振系统的光程差远小于光源的相干长度, 可以大大降低相位噪声对光纤干涉仪探测系统的影响。因此, 在光纤干涉仪测振系统中使用相干长度较大, 即相干特性较好的激光器可以很好的抑制系统的相位噪声。
摘要：随着现代科技的发展, 传感器在人们的生产生活中的作用也愈来愈大, 光纤传感器由于其抗电磁千扰、耐腐蚀、体积小、质量轻等优点, 日益受到人们的重视。尤其是自发明以来应用的领域不断扩大并在新的领域内表现出极大的潜力。本文就围绕干涉型光纤振动传感系统中的光源的噪声分析及抑制做了一些阐述。
光纤传感技术论文范文第3篇
目前的轴温探测方法主要是红外热辐射的测量, 红外热辐射的测量本身就是一种难度较高的测量技术。现在的轴温探测器采用的是直接式热敏电阻测温方式, 但是它也有一些不尽如人意的地方。主要是热敏元件性能不稳定, 其中对热敏电阻性能寿命影响最大的是持续的高温, 可以使热敏电阻阻值改变, 大大影响测量的准确性。因此, 必须改变探头的测温方式。随着光纤传感技术的发展, 用光纤来测量温度越来越受到重视, 而本研究就是利用光纤传感器来测量电机轴温的, 可以克服上述缺点。
1 系统原理
1.1 系统的原理
分布光纤温度传感器系统是一个光、机、电、计算机一体化的系统, 涉及激光技术、光纤技术、光谱技术、微弱信号检测技术和计算机等多种技术。系统的构成包括三部分:系统的主机、软件和传感光纤。其结构原理图如图1所示。
主机由以下几部分组成。
(1) 光源模块:由带尾纤的MOCVD 1550nm In Ga As P高功率脉冲半导体激光器 (出纤功率大于500mw) 和激光器驱动电源组成。
(2) 光纤波分复用系统:由1X3双向光纤耦合器 (BDC) 和波分复用器 (多光束干涉型高隔离度光学滤光片) 组成。
(3) 光电接收、放大模块:由带尾纤和前置放大器的光雪崩二极管 (APD) 以及高增益、宽带、低噪声的放大器组成。
(4) 信号采集与处理系统:由双通道高速信号采集累加卡和计算机组成。
系统的软件包括:信号采集、累加的控制软件、温度定标软件、温度处理软件等。
分布光纤温度传感器的工作过程可简单地表述为:激光器驱动电源以一定的频率驱动半导体激光器工作, 使之发出一定频率的激光脉冲, 激光脉冲被祸合进带有1X3双向耦合器 (BDC) 的光纤, 1X3双向耦合器的一路为激光脉冲沿测温光纤向前传播的通道, 另外两路分别为反斯托克斯喇曼和瑞利背向散射光的回波通道, 背向散射光的一路先经光波分复用器 (OWN) 分离出带有温度信息的反斯托克斯喇曼背向散射光, 再将分离出的信号光导入光雪崩二极管 (APD) , 这是喇曼通道。而另一路瑞利通道则不经过光波分复用器直接导入光雪崩二极管 (因为瑞利背向散射光比反斯托克斯喇曼背向散射光强30dB, 喇曼背向散射光的混入对瑞利背向散射光的影响微不足道, 可以忽略) , 这两个通道的背向散射光经各自的光雪崩二极管进行光电转换后再由各自通道的放大器对信号放大, 信号采集卡将放大后的电信号采集累加, 并传送给计算机, 计算机软件对采集到的数据按照解调原理进行解调, 最后得到温度及其空间分布。
1.2 系统的定标
通过大量的试验发现, 在0℃~120℃之间, 温度T与的线性非常好, 所以在系统定标的过程中, 我们根据不同温度下所测得的值及其对应的标准温度计的读数值, 就可以拟合出实际系统的温度定标曲线, 其方程式可表示为:
其中:0T为基线温度 (摄氏度) , Va (T) 、VR (T) 、Va (T0) 、VR (T0) 为相应的光信号强度经光电转换、放大后输出的电压信号幅度值, A、B分别为拟合曲线的一次项和常数项。
这一定标曲线是综合了LD, APD、放大电路以及数据采集卡等多种因素的结果能够准确地反映实际系统的性能。采用实际系统的拟合曲线来解调温度比理论公式更能反映真实的温度值, 实验证明这是一种有效又简单的解调方法。
2 调试结果及分析
本系统监测的对象是煤矿提升电动机, 由于煤矿现场要工作, 为了不影响生产, 所以此处我们只监测一组电机, 由于每一组电机中包含2个轴承, 我们把2个轴承分别标号为1号和2号, 所以调试实验中, 我们用测量的这台电机的数据进行比较。测试中分别测试这台电机的轴前和轴后的温度, 通过测试结果的分析可以知道, 光纤传感器在轴温测量中可以很好的被使用, 达到了预期的效果。此处只给出了1号和2号轴前测温结果的比较, 结果如图2和图3所示。
3 结论与展望
本方案采用分布式光纤传感系统对电机轴温的测量, 获取并分析了相关的参数。该方案最大的优势就是采用一套检测装置对光纤所能到达的所有地方的温度进行测量, 光纤本身被作为传感器使用。该测温系统与传统的热电耦测温模式相比, 具有系统简单、投资成本低、易于现场施工等特点, 由于光纤本身具有本质安全防爆、抗电磁干扰、耐腐蚀等特性, 所以适宜在煤炭行业推广应用。
摘要：利用光纤温度传感器探测矿井提升电机机轴发热产生的温度信号, 并将此信号转换成电信号, 经系统放大、计算、比较、存储、分析电机机轴的温升情况, 并对温度超标的电机机轴实时报警。根据该系统提供的数据, 维修人员能够准确地了解运行电机机轴的技术状态, 及时发现热轴故障, 采取预防措施, 避免电机机轴过热造成重大提升事故。同时, 该系统还能极大地减轻作业人员的劳动强度, 避免因经验不足和判断失误等因素造成的误报、漏检、热轴事故, 减少了安全隐患。
关键词：光纤温度传感器,矿井提升机,电机轴温
参考文献
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[4] 赵仲刚, 等.光纤通信与光纤传感[M].上海科学技术文献出版社.
光纤传感技术论文范文第4篇
摘要：光纤通信总线（以下简称“FC总线”）接口模块已广泛应用于航空多种通信网络环境中，为网络中各子系统之间的互联提供通信支持。因其使用环境复杂，功能电路种类繁多，在出现故障时往往难以分析和定位。该文对标准FC总线接口模块的工作原理进行了分析，完成了适用于多型FC总线接口模块的故障树建模，可对主要的故障模式进行迅速分析和定位排查，提升了产品的维修性和维修效率。
关键词：FC总线接口模块;故障树
1 介绍
FC总线具备高带宽、低延迟、高可靠等特性[1]，能够满足当前网络环境中对带宽和数据传输实时性的较高要求，目前符合FC-AE-ASM协议的FC总线接口模块已作为FC网络的核心接口设备，广泛应用于航空产品的通信网络系统，为各子系统之间的互联提供通信支持[2]。随着FC网络作为主干网络在多种通信模式中加以应用，以及FC总线接口模块配套和使用数量的日益增加，FC网络通信出现故障的情况也日益增多。由于FC总线接口模块故障涉及供电电路故障、时钟电路故障、光电收发器故障等多种故障模式，故障分析及定位排查非常困难。本文选取自顶向下识别系统故障的故障树建模分析法[3]，结合FC总线接口模块工作原理进行建模及分析，提供了一种通用的故障分析方法，提升了模块的维修性及故障排查定位的工作效率。
2 FC总线接口模块工作原理
标准的FC总线接口模块基于FPGA进行设计，以FPGA作为核心器件，在外围设计为产品供电的电源电路、提供通信频点的时钟电路，以及对外通信的FC通信接口和主机通信接口等功能电路，总体结构框图见图1。
FC总线接口常采用5V进行供电，通过电源电路的设计，将5V转换为模块内部所需的3.3V等DC/DC电源和为高速I/O管脚供电的线性电源，高速串行I/O对电源的品质有较高的要求，它需要良好的纹波特性，因此电源电路除了要求采用性能良好的电源模块以外，每路I/O都需要加一个指定的电容和磁珠。为了保证FC总线接口模块兼容不同网络的通信速率，在时钟电路中通过晶体振荡器来提供FC工作所需的212.5MHz时钟及40MHz的系统时钟。同时搭建存储电路，使用FLASH芯片作为FPGA底层应用和上层配置路由表信息的存储芯片。复位电路的存在则为了避免模块在上电过程出现不稳态，总线信号冲突等异常状况，通过设计外置上下拉电阻可以将复位信号保持为固定状态。FC总线的电信号通过光电收发器电路进行转换，通过高速直流耦合使串行链路达到最优化，适合于短距离高速数据通信。具体工作流程见图2。
3 通用故障树建模分析
FC总线接口模块在实际的应用环境中，存在多种因模块各功能电路失效导致的故障模式，从网络的系统层面来看，模块无法正常工作最终导致的故障即为FC通信失败，使用接口模块的子系统FC不上线。本文结合标准FC总线接口模块的功能电路设计及工作原理，选取最常见的FC不上线故障建立故障树，将其作为故障树分析的顶事件，建立针对此类故障的通用故障分析模型如下图3所示。
图3中列出的7种故障模式与顶事件的具体关系分析如下：
（1）电源电路存在异常，会导致模块无法正常启动或工作异常，最终导致FC不上线故障;
（2）时钟电路用以保证接口模块各时序电路、使用到时钟信号的相关器件的正常运行，若存在时钟电路故障，存在时钟信号频点异常等现象，则会导致功能电路运行故障，最终导致顶事件发生;
（3）复位电路故障，会导致FC节点启动异常、复位不受控、最终导致FC不上线的故障现象;
（4）FPGA作为模块的核心器件，提供多个高速I/O接口，它的失效将导致整个接口模块功能丧失;
（5）PCI-E链路作为与主机端通信的关键链路，若发生故障，就会导致主机访问出错，最终无法通信;
（6）存储电路用以存储FC配置信息和应用软件，当存储电路故障时，FPGA无法获取工作所需的必要信息，将会导致FC不上线故障的发生;
（7）光电收发器电路故障，会导致通信光纤不发光，FC通信链路工作异常，最终导致顶事件发生。
由上述分析可知，7种故障模式均可导致顶事件的发生，因此选择“与门”将各事件进行串联。在FC总线接口模块遇到故障时，只需按照通用故障树中A1-A7的事件顺序逐项进行分析排查，各分支事件的具体分析排查方法见表1。
按照图3中给出的FC总线接口模块的通用故障树及表1中的测试方法，在遇到故障时可快速开展分析排查工作，在分析时根据产品实际测量值与标准值的对比，再结合产品的原理分析，就可以快速完成FC总线接口模块的故障定位，有效节省了排故时间。
4 结束语
FC总线接口模块承担了系统数据交互的任务，其应用分布于飞机的各个区域，对其进行快速的故障分析和排查定位具有重要意义。本文提出了一种基于故障树的FC总线接口模块的故障分析方法，通过分析接口模块的使用场景，确认了故障树分析建模中的顶事件，并根据接口模块的结构和工作原理设计了通用的故障树，给出了通用故障树中各分支事件故障的具体分析方法，为FC接口模块各类故障的分析定位提供了理论指导，提升了产品的维修性和故障定位效率。
参考文献：
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【通联编辑：代影】
光纤传感技术论文范文第5篇
关键词：光纤通信技术;现状;发展趋势;产业概况
随着经济的快速发展和科学技术的不断进步，我们已经进入到信息化、网络化时代，作为信息传输的载体我国的光钎通信产业发展迅速，取得了辉煌的成就，目前已经成为我国最重要的产业之一，对国民经济的发展做出了巨大的贡献，得到人们的广泛关注和重视。同时光钎通信技术也成为人们研究的重要课题，希望本文的研究可以推动光钎产业的发展和进步。
一、光钎通信技术发展现状
随着科学技术的不断进步，我国的光纤通信技术水平也逐渐提高，很多高端的技术也得到广泛的应用，并基本满足了光纤通信产业发展的需要，如复用技术、宽带放大器技术、色散补偿技术、孤子WDM传输技术等。
二、光钎通信技术发展趋势
总体来说，光纤通信技术一定会向着更快速、更便捷、更便宜、更高层次的方向发展，光纤也会在全国范围内得到进一步的普及。如图一所示，我国的光缆市场在全球排名第二，并且增长速度快，这就说明我国的光纤通信具有巨大的发展潜力，下面我们就主要的发展趋势进行详细的探讨。
(一)全光网络
随着光纤通信技术的不断进步，全光网络将会成为最重要的技术课题之一，它必将会成为未来最重要的高速通信网。全光网络是光纤通信技术发展的最重要的趋势之一，也是光纤通信技术发展的最高阶段和最为理想的阶段，它能改变传统光网络只在节点实现全光化的局面，使总干线的容量进一步提高，所以说全光网络是未来光纤通信网络发展的必然趋势，也是未来信息网络的发展的核心技术。
(二)光纤普及到千家万户
由于光纤通信技术自身的优越性，人们对光纤的需求不断增大，推动了光纤通信技术发展，其发展速度非常惊人，并且随着技术的不断进步，安装成本越来越便宜，将光纤落实到千家万户已经不再是梦想。另外光纤通信技术的实用化程度将会进一步提高，其未来的发展趋势势不可挡。
(三)展望
随着光纤通信技术的不断发展，光纤、发送器和接收器的技术的发展将更加成熟，其发展趋势也会向着更加可靠、更加廉价的线性和非线性方向发展，其重点就是实现局部环路。另外，在在海底通信应用方面，光放大中继器将会等到普及，使距离大大增长，并切随着技术的不断进步，人们会将目光更多的集中在设备的维护方面[1]。
三、我国光钎通信产业概况
(一)基本概括
相对于西方发达国家来说，我国对光纤通信技术的研究起步较晚，开始于七十年代，并被国家列为重点的科技攻关项目，取得了很大的成就，并且随着人们生产和生活对光纤需求程度的不断增加，我国的光纤通信技术发展迅速，从事光纤通信技术研究的部门和人员都得到大幅度的提高，这种形势下，我国的光纤通信技术又得到进一步的发展，不仅在系统整机研制方面取得了辉煌的成就，而且在各个原件的研制和生产方面都获得了巨大的成功，使光纤通信技术的实用性逐渐得到提高，被广泛的应用在国民经济建设的各个方面，推动了我国经济的快速发展[2]。
(二)光纤生产
目前为止，我国的短波长和长波长的多模光纤的商品化程度已经很高，并且实用性也得到很大程度上的提高。近年来，随着人们对光纤通信要求的不断提高，国内为了满足人们的要求，积极从国外引进了一些光纤生产设备，大大提高的我国光纤研制及生产的能力和水平。但是，光纤生产的技术和外国相比还有很大的差距，致使我国的光纤品种非常少，自主创新的程度非常低，因此，国内的科研人员还必须要加强技术研究，提高自主创新的能力，只有这样我国的光纤生产技术才能得到根本性的提高。
(三)光缆制造
近年来，我国在光缆制造方面也取得了很大的进步，各种结构的光缆的商品后程度也逐渐提高，并被广泛的应用在通信网和专用网。但是，与西方发达国家相比，我国的光缆生产能力还远远没有达到成缆设备的能力，导致加工生产的精度偏低、高质量的光缆供应不足、光缆品种较少等问题，因此，我国的成缆技术还需要进一步的调整和改進，并逐渐抛弃一些较为落后的生产设备，加强对生产设备的资金投入，以提高光缆生产的能力和质量[3]。
(四)光纤光缆专用设备
对于光纤光缆专用设备的研制我国从七十年代就已经开始，经过长时间的努力，研制出了一些专用设备，并在一些单位安装使用，推动的我国光纤通信产业的发展。但是，由于各种因素的限制，与西方发达国家相比还存在很大的差距，专用设备生产的质量和数量都不能很好的满足人们的需要。因此，国家应该选择一些综合实力较为强大的单位从事光纤光缆专用设备的研制工作。
(五)光器件
要想推动光纤通信产业的开始发展，必须要加强对光器件的研究，这是因为光器件是光纤通信产业的基础和关键。目前，我国的光器件研究单位逐渐增多，光器件的研究水平也获得进一步的提高，但是自主创新的能力还是不够，很多光器件的商品化程度偏低，质量还存在一些问题，品种也较少，通用性和实用性程度较低，从而致使我国自主生产的光器件还不能很好的满足光纤通信产业发展的要求[4]。
(六)光电设备
光电设备是整个光纤通信系统的重要组成部分，加强光电设备的研究有利于推动我国光纤通信产业的发展。虽然随着科学技术的不断进步，我国的光电设备生产水平逐渐提高，但是在生产和需求方面还存在很多问题。1.光电设备的一些元器件还需要依赖进口，致使我国的光纤通信产业经济效益偏低。2.国产的光电设备在可靠性和稳定性方面还没有全面满足光纤通信产业的要求，并且很多设备还比较笨重，设备的小型化程度需要进一步的提高。3.高层次的光电设备研究还面临着很多技术难题，并且设备的价格长期高居不下，影响了光电设备的推广和应用。4.光电设备的标准和系列化程度偏低，并在接口问题上还存在标准不统一的问题[5]。
结语：
综上所述，光钎通信技术在我国发展潜力和市场巨大，提高我国光钎通信技术自主创新的能力，创造出具有民族特色的光钎通信产业，才是我国通信产业的发展的根本出路，才能促使我国从通信大国变为通信强国。
参考文献：
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