干涉型光纤传感器的信号处理系统

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干涉型光纤温度传感器

传感器与微系统(Transducer and M icr osyste m Technol ogies) 2007年第26卷第4期设计与制造干涉型光纤温度传感器刘　晨,费业泰,卢荣胜(合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,安徽合肥230009)摘　要:为了长期和在线实时检测各种工程结构内(如飞机机翼)的温度,在介绍了2种典型的干涉型光纤温度传感器技术的基本原理、结构及优缺点的基础上,提出了一种新型光纤温度传感器——嵌入式干涉型光纤温度传感器的工作原理和结构设计。

它用特殊加工工艺将光纤埋入材料中,通过相位调制产生干涉条纹,再通过条纹的判向计数来对材料内部温度进行测量。

实验结果表明:嵌入式光纤温度传感器能长期有效测量材料内部的温度,并且,它的灵敏度比放在空气中的灵敏度要高2～3倍。

具有很大的研究开发和应用价值。

关键词:光纤光学;相位调制;温度测量;干涉中图分类号:TP212 文献标识码:A 文章编号:1000-9787(2007)04-0058-03I n terference opti ca l2f i ber te m pera ture sen sorsL I U Chen,FE I Ye2tai,LU Rong2sheng(School of Appara tus Sc i ence and Photo2Electr i c Eng i n eer i n g,Hefe i Un i versity of Technology,Hefe i230009,Ch i n a)Abstract:I n order t o measure per manently and real2ti m e the te mperature inside all kinds of p r oject constructi onfor exa mp le air p lane wing,the basic p rinci p le,structure and characteristics of t w o kinds of interference op tical fiberte mperature sens ors are intr oduced,on the base of it,the working p rinci p le and structure designing of a new kind ofop tical fiber temperature sens or—embedded op tical2fiber temperature sens or are p resented.Op tical fiber ise mbedded int o material using s pecial p r ocessing technol ogy,interference stri pe is p r oduced thr ough phasemodulati on,then stri pe distinguishing directi on and counting is used t o measure the internal temperature.Experi m ental results show that the internal te mperature of material can be measured by a e mbedded op tical2fiberte mperature sens or,and its sensitivity is2～3ti m es higher than op tical2fiber sens or in air.It has very value ofinvestigating and utilizing.Key words:fiber op tics;phase modulati on;te mperature measure ment;interfer ometry0　引　言光纤传感器与传统传感器相比具有灵敏度高、耐腐蚀、安全可靠、抗电磁干扰、结构简单、体积小、质量轻等特点,而且,在一定条件下可任意弯曲,因此,得到了广泛的应用[1,2]。

光纤传感器的原理是

光纤传感器的原理是光纤传感器是一种利用光学原理来进行物体检测和测量的设备。

它利用光纤中的光信号与外界物理量的相互作用，通过测量光的特性变化来获取物理量的信息。

光纤传感器具有高精度、快速响应、不受电磁干扰等优点，广泛应用于工业、生活、医疗等领域。

一、基本原理光纤传感器的基本原理是利用光的传输和载波调制技术。

通常，光纤传感器由光源、光纤、检测元件和信号处理模块组成。

光源产生光信号后，通过光纤传输至检测元件，光信号在物理量作用下发生变化，最后由信号处理模块将光信号转化为电信号输出。

二、工作原理光纤传感器的工作原理可以分为干涉型、散射型和吸收型。

1. 干涉型干涉型光纤传感器利用光的干涉现象来测量物理量。

它通过将光信号分为两个相干波束，一个作为参考光束，另一个经过检测元件后与参考光束发生干涉。

当外界物理量作用于光束时，光的相位和振幅会发生变化，通过测量干涉光信号的强度或相位差，获得物理量的信息。

2. 散射型散射型光纤传感器利用光在纤芯中的散射现象来测量物理量。

它通过纤芯中的光散射来判断外界物理量的变化。

光纤中的散射分为弹性散射和非弹性散射两种，其中弹性散射主要受到光纤材料的缺陷、晶格振动等因素影响，非弹性散射则由于外界物理量的作用引起光纤材料中电子的激发和产生。

通过测量散射光信号的强度、频谱等特性，可以获取物理量的信息。

3. 吸收型吸收型光纤传感器利用光在特定介质中的吸收现象来测量物理量。

它通过在光纤中引入吸收介质，当外界物理量作用于吸收介质时，吸收介质中的光吸收发生变化。

通过测量光的强度变化，可以获得物理量的信息。

三、应用领域光纤传感器在诸多领域有着广泛的应用。

1. 工业领域在工业自动化控制中，光纤传感器可用于测量温度、压力、液位、流量等物理量。

通过光纤传感器的应用，可以实现高精度、实时的物理量检测和测量，从而提高生产效率、保证产品质量。

2. 生活领域光纤传感器在生活中也有着广泛的应用，如煤气检测、火灾报警、安全防范等。

干涉型光纤传感器的分集消偏振衰落技术的信号处理

Ｓｇｌｏｅｓｎｍｖｄ／ｍｂｎｐｌｒｚｔｏ－ｎｕｅ－ｉｎａｃｓｉｇｗｉＤｉｉｅＣｏｉｅＤｅｏａｉａｉｎＩｄｃｄＰｒ
ＦｄｎｅｈｉｕｆｎｌｔｒｅｏｅｒｃＦｂｒＯｐｉｅｓｒａｉｇＴｃｎｑｅｏｎｅｆｒｍｔｉｉｅ－ｔｃＳｎｏａ
干涉型光纤传感器的分集消偏振衰落技术的信号处理
李志能，沈梁，叶险峰
（江大学信息与电子工程学系，浙江杭州３０２）浙１０７摘要：对干涉型光纤传感器的分集检测消偏振衰落技术进行了理论分析，出了将各路信号平方提后相加的信号处理方式，使之能实现单元及阵列的实时消偏振衰落信号检测。通过理论计算，可以使干涉信号幅度波动小于４７Ｂ．ｄ，并得出三路检偏是分集检测的最简取值的结论，通过信号处
维普资讯
Hale Waihona Puke 第２卷第１９期
２Ｄ０２年２月
光电工程
ＯｐｏＥｅｔｎｃＥｎｉｅｒｇｔ－ｌｃｒｉｇｎｅｉｏｎ
Ｖ１９Ｎｏ１Ｏ．．．２Ｆｂ２。ｅ．０２
文章编号：１０ — ０２０）１０５ — ４０３５１０２０ — ０５０Ｘ（
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ａｈｏｅｉａｎｌｓｓｊａｒｄｏｔｆｒｔｅｄｖｄ／ｏｉｅｄｐｌｒａｉｎｉｄｃｄｆｄｎｔｅｒｔｌａａｙｉＳｃｒｉｕｏｈｉｉｅｃｍｂｎｅｏａｉｔｎｕｅ－ｉｇｃｅｚｏａｔｃｎｑｅｏｎｅｆｒｍｅｒｃｆｅ — ｐｃｓｎｏｐｏｅｓｎｔｏａａｄｅｓｕｒｄｓｎｌｅｈｉｕｆａｉｔｒｏｔｉｒｏｔｅｓＬＡｒｃｓｉｇｍｅｈｄｔｔｄｓｔｑａｅｉａｓｎｅｉｂｉｈｈｇｆｏｖｒｕｈｎｅｓａｄｔｕａｃｉｖｅｌｉｒｍａｉｓｃａｎｌｎｈｓｃｎａｈｅｅｒａ－ｍｅ￣ｇａｅｅｔｎｏｎｔａｄａＴｙｂａｓｏｏｔｎｌｄｔｅｉｆｕｉｎｌａｙｍｅｎｆｏｄｐｌｒｚｔｎｉｄｃｄｆｄｎｅｈｉｕｓｐｏｏｅＴｈｈｏｅｉａａｃｌｒｎｓｏｈｘｍｕｅｏａｉａｉ－ｕｅ－ａｉｇｔｃｎｑｅｉｒｐｓｄｏｎｅｔｅｒｔｌｃ／ｕａｉｈｗｓｔｅｍａｉｍｃｏｆｃｕｔｎａｌｕｅｏｅｉｔｆｅｏｔｃｓｇａａｅｌｓａ．ｄａｄａｃｎｌｓｎｔａｌｔａｉｍｐｉｄｆｔｎｅｒｍｅｄｉｎｌｃｎｂｅｓｔｎ４７Ｂｎｏｃｕｉｈｔｕｏｔｈｈｏｔｒｅｃａｎｌｏａｉａｏｓｈｉｌｓｖｕｆｄｖｄ／ｏｉｅｄｔｃｉｎｉｏｔｉｅ．ｒｕｈｓｎｈｅ－ｈｎｅｌｒｔｎｉｅｓｐｚｉｔｍｐｅｔａｅｏｉｉｅｃｍｂｎｅｔｓｂａｎｌｅｏｄＴｈｏｇｉａｇｌ

光纤传感器的技术原理与应用

光纤传感器的技术原理与应用随着无线通信技术的快速发展，传感器技术也逐渐成为了各个领域的研究热点，光纤传感器便是其中的一种传感器。

光纤传感器原理简单，但应用范围广泛，在医学、军事、环保、航天等领域都有着广泛的应用。

本文将从技术原理、应用领域、优势与劣势等多个方面综合介绍光纤传感器的技术原理与应用。

一、技术原理光纤传感器的技术原理是利用光纤特有的特性，将测量的物理量转换为光的参数变化，最终将其转化为电信号进行测量。

它由光源、光纤、光检测器和信号处理器等组成，通常包括两种类型：光纤干涉型传感器和光纤光谱型传感器。

光纤干涉型传感器的原理是基于干涉效应。

在光纤的一段区间里，当有物理量作用于其上时，就会引起其折射率的改变，从而会引起光的传播路径的改变，严重影响干涉，从而在检测器上产生干涉信号。

这个干涉信号与控制信号相减得到的信号获得物理量的大小。

光纤光谱型传感器的原理是基于布拉格衍射的特性。

它通过往光纤中添加其周期性的结构，如布拉格光子晶体，形成光纤的布拉格光栅，以实现在传感器中产生布拉格衍射光谱。

当有物理量作用于光纤上时，由于折射率的改变，这种结构将对传播的光波产生相应的改变。

这里的光谱信号与控制信号相减得到的信号可以得到物理量的大小。

二、应用领域光纤传感器在医学、军事、环保、航天等领域都有广泛的应用。

在医学领域，光纤传感器可以用于血氧含量的测量、体内温度的测量以及血流的监测等。

由于光纤传感器可以很轻易地穿过人体，因此非常适合用于内窥镜手术中。

在军事领域，光纤传感器可以测量枪械的火药爆炸、炸药的检测以及船舶振动等。

在环保领域，光纤传感器可以监测水质污染、土壤污染、大气污染等。

特别是在大气污染治理中，光纤传感器对于检测空气中有毒有害物质有着重要作用。

在航天领域，光纤传感器可以用于测空间器的形变、测量燃料系统压力、测量磁场等。

这种传感器能够适应高温高压环境，而且不会被辐射损坏。

另外，在电力工业中，也有大量的光纤传感器应用，比如测量发电机的转速、测量输电线路的温度、测量变压器的电流、电压等。

光纤马赫-曾德干涉

马赫-曾德光纤干涉实验光纤传感器是20世纪70年代中期发展起来的一种新型传感器,它是光纤和光通讯技术迅速发展的产物。

光纤马赫-曾德干涉仪(MZI)是一种功能型光纤传感器,它在光纤技术中常用作相位、频率等的调制解调器。

一、实验目的1．学习光纤马赫-曾德（Mach-Zenhder ）干涉原理2．掌握利用马赫-泽德光纤干涉仪对压力和温度的测量。

二、实验器材OFKM-Ⅳ型多功能全光纤干涉仪，He-Ne 激光器三、实验原理1．光纤传感器基本工作原理光纤马赫-曾德（Mach-Zenhder ）干涉仪结构与原理如图 1所示。

光源发出的光经过耦合器（DC1），将光束一分为二，光纤一臂为信号臂，另一臂为参考臂。

经过耦合器 DC2 进行干涉，干涉光照到探测器上，光强表达式分别为)(cos 1t B A I Φ+= （1） )(cos 2t B A I Φ-= （2）在通过对干涉信号相位的获得来推知作用在信号臂上的外界物理量的变化。

2．马赫-曾德光纤温度传感器工作原理激光束从激光器发出后经分束器分别送入长度基本相同的两条光纤, 而后将两根光纤输出端汇合在一起,产生干涉光, 从而出现了干涉条纹。

当一条光纤臂温度相对另一条光纤臂的温度发生变化时, 两条光纤中传输光的相位差发生变化, 从而引起干涉条纹的移动。

干涉条纹的数量能反映出被测温度的变化。

光探测器接收到干涉条纹的变化信息, 并输入到适当的数据处理系统, 最后得到测量结果。

长度为 L 的光纤中传播光波的相位ΦnL k 00+Φ=Φ （3）其中0Φ 为光进入光纤前的初始相位， 0k （00/2λπ=k ，0λ为真空中波长）为传播常数, n 为光纤的折射率;L 为光纤的长度。

图1 光纤Mach-Zenhder 干涉仪原理图λπ=λπδ=∆ΦSP22λπ+=SP K I I I 2cos 00设光纤1L 温度不变，光纤2L 温度该变T ∆,则折射率n 的改变量为n ∆ ，光纤2L 长度改变量为2L ∆。

白光非本征法布里—珀罗干涉光纤传感器及其应用研究

白光非本征法布里—珀罗干涉光纤传感器及其应用研究一、本文概述随着光纤传感技术的迅速发展，光纤传感器在众多领域如通信、环境监测、生物医学、航空航天等中展现出巨大的应用潜力。

作为一种重要的光学干涉现象，法布里-珀罗干涉（Fabry-Perot Interference，FPI）因其高灵敏度、高分辨率和易于实现等优点，在光纤传感领域受到了广泛关注。

本文将重点探讨一种基于非本征法布里-珀罗干涉原理的光纤传感器，即白光非本征法布里-珀罗干涉光纤传感器（White Light Non-Intrinsic Fabry-Perot Interferometric Fiber Sensor，WLNIFPI）。

本文首先介绍了法布里-珀罗干涉的基本原理和光纤传感器的基本构成，为后续研究提供理论基础。

接着，详细阐述了白光非本征法布里-珀罗干涉光纤传感器的制作原理、传感机制以及优势特点，包括其高灵敏度、宽测量范围、良好的抗电磁干扰能力等。

本文还对白光非本征法布里-珀罗干涉光纤传感器的信号解调技术进行了深入研究，以提高其测量精度和稳定性。

在应用研究方面，本文探讨了白光非本征法布里-珀罗干涉光纤传感器在多个领域的应用，如温度测量、压力传感、应变监测等。

通过实验验证，展示了该传感器在实际应用中的可行性和有效性。

本文总结了白光非本征法布里-珀罗干涉光纤传感器的研究现状，并对其未来的发展趋势进行了展望，以期为该领域的研究人员提供有益的参考和启示。

二、白光非本征法布里—珀罗干涉光纤传感器的基本理论白光非本征法布里—珀罗干涉（White Light Non-Intrinsic Fabry-Perot Interferometric，WLN-FPI）光纤传感器是一种基于干涉原理的光纤传感技术。

其基本理论主要涉及光的干涉、光纤传输以及信号解调等方面。

干涉是光波在传播过程中因遇到障碍物或介质界面而发生反射、折射等现象，使得光波在空间某一点叠加形成加强或减弱的现象。

光纤传感器中的信号处理技术研究

光纤传感器中的信号处理技术研究一、引言在现代科技发展中，光纤传感器作为一种高精度、长寿命、抗干扰的新型传感器，已广泛应用于机械、水利、航空、军事等领域。

而光纤传感器的核心技术之一就是信号处理技术，因此本文旨在分析光纤传感器中的信号处理技术研究。

二、光纤传感器的信号处理技术光纤传感器的核心部件是光纤，它发挥着在信号传输和检测中重要的作用。

然而，光纤所采集的信号是弱的、噪声大的，需要进行信号处理才能得到准确可靠的数据。

信号处理技术主要包括信号增强、信号滤波、信号降噪、信号解调等内容，下面将逐一介绍。

1、信号增强光纤传感器采集的信号往往十分微弱，需要进行信号增强才能提高信号的灵敏度。

目前，常用的信号增强技术有放大器、前置滤波器等方法。

放大器会将原始信号增大，但同时也会增加信号噪声，因此需要用到前置滤波器来滤除噪声，从而保证信号增强效果。

2、信号滤波在光纤传感器中，由于光纤受到环境温度、湿度、压力等因素的影响，会产生背景噪声。

信号滤波技术能够滤除噪声，提高光纤传输信号的精度和稳定性。

常用的信号滤波方法包括数字滤波和模拟滤波两大类。

数字滤波是一种基于数字信号处理的技术，其主要优点是滤波精度高、操作简便、可实现在线滤波等；模拟滤波主要采用滤波器，其优点在于可无缝链接到采集系统中去。

3、信号降噪与信号滤波类似，信号降噪技术旨在削弱或消除信号噪声对信号正常处理的影响。

信号噪声是信号处理过程中的重要问题，不仅影响数据的准确性，同时还会影响系统的可靠性和稳定性。

所以信号降噪技术是非常重要的。

当前常用的噪声抑制技术有小波分析、自适应滤波、局部信号平均等技术。

其中小波分析技术具有很好的多分辨率、局部性和时间频率分析能力，不仅可以对一维信号进行分析处理，还可以对二维和三维图像数据进行处理，因此在信号降噪中得到广泛应用。

4、信号解调在光纤传感器信号处理中，信号解调是十分重要的环节，主要是对采集的信号进行数字化处理、解析和计算，最终得出所需的参数或结果。

用于干涉型光纤传感器的相位生成载波解调技...

种途径来实现 : 一是调制光源 ,二是调制干涉仪的光程差。光源一般采用半导体激光器 (LD) ,通过对其输入电流进行调制达到调制激光频率的目的。调制干涉仪的光程差一般采用压电陶瓷管 ( PZT) 。这两种调制的具体实现将结合实际的解调方法进行说明。
件性能的影响。另外 , 这种测量方法的精度容易受到外界因素的影响 ,如光源功率波动、混频信号幅度的漂移和相位调制幅度 C 的变化等。 ( 2) 主动零差解调法 ( Active homodyne demodula2 tion)
∞
图1 主动零差法的实验装置示意图
这种方法的一种典型应用 [ 3 ] 如图 1 所示。该系统用于测量声学信号 ,采用的是迈克尔逊型光纤传感器。该系统利用闭环调相系统来消除低频干扰 ( 如应力、温度等) 的影响 ,同时使系统始终处于正交工作点 , 保持最大的灵敏度。这样该传感器对高频小幅度声学信号的响应就是近似线性的。在后续的信号处理上 , 采用了并联的高、低通滤波器来分离低频信号和高频小幅度的被测信号 , 然后把低通滤波器的输出反馈给 PZT ,以对低频干扰进行补偿。高通滤波器的输出传送到后续的信号处理电路 , 以进一步提取所需的被测信号。该方法可以同时检测低频及高频信号。主动零差法性能好 [ 4 ] , 但主动零差法是采用反馈的方法对低频干扰进行补偿 ,而且也不适于多路复用 , 因此一般只在实验室中使用。此外 , 该方法同被动零差法一样 ,易受光源功率和系统衰减系数变化的影响。 3 . 2 伪外差解调法 ( Pseudo2heterodyne demodula2 tion) 与零差解调法相比较而言 , 外差解调法具有很大的测量范围 [ 5 ] 。一般的外差解调法需要昂贵的频移器件 ,因此便产生了原理类似的伪外差解调法。这种方法不需要光频移器件 ,其一般原理如下 : 以周期性的锯齿波或正弦波作为调制信号 , 而被测量的变化则是对载波作相位调制 , 经过以载波信号基频为中心频率的带通滤波器后 ,得到一个正弦信号 ,通过测量该信号的相位变化即可获得被测量。 ( 1) 经典的伪外差解调法 [ 5 ] 该方法基于半导体激光器的频率调制和相位的锁相环 ( PLL ) 检测 ,原理图如图 2 。图中的 LD 用锯齿波调制 , 传感部分为非平衡马赫2曾德干涉仪。无被测信号时 ,干涉仪输出信号的相位变化与 LD 频率变化的关系如下

相位生成载波(PGC)调制与解调讲解

相位生成载波（PGC ）调制与解调一、 PGC 调制干涉型光纤传感器的解调方法目前主要有：相位生成载波解调法、光路匹配差分干涉法、差分时延外差法。

由于相位生成载波解调信号有动态范围大、灵敏度高、线性度好、测相精度高等优点，是目前光纤传感干涉领域工程上较为实用的解调方法。

[1]相位生成载波的调制分为外调制和内调制。

外调制一般采用压电陶瓷（PZT ）作为相位调制器，假设调制信号频率为ω0 ，幅度为C ，调制信号可以表示为（1）式：0(t)cos(t)C φω= （1）则光纤干涉仪的输出的信号可表示为（2）式：00cos[(t)(t)]cos[cos(t)(t)]s s I A B A B C φφωφ=++=++ （2）式中，A 为直流量， B 为干涉信号幅度。

s (t)Dcos(t)(t)s φωψ=+，其中，ϕs (t) 不仅包含了待测信号D cos ωs t ，还包括了环境噪声引起的相位变化ψ(t)。

将（2）式按 Bessel 函数展开，得到（3）式[2]：k k 02k 02k 1010J (C)2(1)J (C)cos 2k t cos (t)2(1)J (C)cos(2k 1)t sin (t)s s k k I A B ωφωφ∞∞+==⎧⎫⎡⎤⎡⎤=++---+⎨⎬⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎩⎭∑∑ (3)二、 PGC 解调微分交叉相乘（differential and cross —multiply ，DCM ）算法和反正切算法是两种传统的 PGC 解调算法，此外,文献[1]中还介绍了三倍频DCM 算法，基频混频PGC 算法，基于反正切算法和基频混频算法的改进算法，反正切-微分自相乘算法（Arctan-DSM ）算法。

下面分别介绍DCM 算法和反正切算法。

2.1 微分交叉相乘（DCM ）算法 DCM 算法的原理图如图1所示：图1 DCM 算法原理图输入的干涉信号I 分别与基频信号10cos S G t ω=和二倍频信号20cos 2S H t ω=进行混频，再通过低通滤波器滤除高频成分，可以得到信号的正弦项（5）式和余弦项（6）式：1s (t)(C)sin (t)I BGJ φ=- （5） 2s Q(t)(C)cos (t)BHJ φ=- （6）I(t) 、Q(t) 含有外界干扰，还不能直接提取待测信号，再通过微分交叉相乘（DCM ）方法得到两个正交信号的平方项，利用sin 2ϕs + cos 2ϕs = 1消除正交量，得到微分量（7）式：212s '(C)J (C)'(t)V B GHJ φ= (7)经过积分运算再通过高通滤波器滤除缓慢变化的环境噪声，最终得到的解调信号为得到（8）式：[]2212s 12s (C)J (C)(t)(C)J (C)Dcos(t)(t)V B GHJ B GHJ φωψ==+ （8）相位噪声项 ψ(t) 通常情况下为缓变信号，将V 通过高通滤波器滤除相位噪声，就可以得到待测信号，实现传感信号的解调（9）式。

光纤传感器解调原理

光纤传感器解调原理
光纤传感器是一种利用光纤作为传感元件的传感器，它利用光的传输特性来实现对各种物理量的测量。

光纤传感器解调原理是指利用特定的方法对传感器信号进行处理，从而得到所需要的物理量信息。

在光纤传感器中，解调是非常重要的一环，它直接影响到传感器的测量精度和稳定性。

光纤传感器解调原理主要包括两个方面，即光信号的解调和电信号的解调。

光信号的解调是指对光信号进行处理，从而得到所需要的物理量信息。

通常采用的方法有干涉法、散射法、吸收法等，通过对不同光信号的处理，可以得到温度、压力、应变等物理量的信息。

而电信号的解调则是指将光信号转换为电信号，并对电信号进行放大、滤波、数字化等处理，最终得到所需要的测量结果。

在光纤传感器的解调过程中，需要考虑的因素有很多，例如光纤的损耗、环境的干扰、光源的稳定性等。

为了提高解调的精度和稳定性，通常需要采用一些补偿和校准的方法，以及对解调系统进行优
化和调试。

此外，还需要考虑解调系统的响应速度和动态范围，以适应不同应用场景的需求。

总的来说，光纤传感器解调原理是一项复杂的技术，它涉及到光学、光电子、信号处理等多个领域的知识。

只有深入理解解调原理，并结合实际的应用需求进行优化和调试，才能设计出精度高、稳定性好的光纤传感器解调系统，从而满足各种物理量测量的需求。

随着科技的不断发展，相信光纤传感器解调技术将会得到更大的突破和应用。

干涉式光纤传感器

性能参数型号 ST70 使用频率范围 50Hz∽70KHz 元件材料/直径（mm） PZT/15 元件高度 (mm) 18 元件结构式〇
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ST70测量水听器
接收声压灵敏度（dB re.1v/µPa） 204 自由电容 C0(nf) 4.2 ±15% 15% 带前置的放大器增益（d B） 20 （ST70A型）外壳材料不锈钢声窗材料聚氨酯
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光纤传感器的分类
根据测量对象来分：根据测量对象来分：温度传感器、压力、位移传感器等。温度传感器、压力、位移传感器等。根据光纤是否对被测量敏感来分：根据光纤是否对被测量敏感来分：元件型和传输型传感器。元件型和传输型传感器。根据被测量调制光波参数来分：根据被测量调制光波参数来分：光强调制型、相位调制型、波长调制型、频光强调制型、相位调制型、波长调制型、率调制型及偏振调制型。调制型及偏振调制型。
式中第一项表示光纤长度变化引起的相位差（应变效应或热胀效应），第二项为光纤折射率变化引起的相位差（光弹效应或热光效应），第三项为光纤芯径变化引起的相位差（泊松效应）。为了测到各效应对其所产生的影响，自然要对调制在相位中的信号需要进行解调，用于光相位解调的干涉结构有多种，如双光束干涉法、三光束干涉法、多光束干涉法及环形干涉法等，此处主要介绍双光束干涉法。
#
双光束光纤干涉仪有迈克尔逊(Michlson)干涉仪、马赫-陈德尔干涉仪、马赫陈德尔陈德尔(Mach双光束光纤干涉仪有迈克尔逊干涉仪 Zehnder)干涉仪及斐索干涉仪及斐索(Fizeau)干涉仪。干涉仪。干涉仪及斐索干涉仪
1）迈克尔逊干涉仪）信号臂 3dB 参考臂
(a) 迈克尔逊干涉仪
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基于数字信号处理的干涉型光纤传感器检测系统的研究与设计

ａｉｍｅｉ；Ｐｂｉｅ；ＯＰｒｔｈｔＤＳｕｌｒＳＣｃｄ
ＥＥＡＣＣ：２０７３Ｅ
张诚¨，王金海，。陈才和张波岳泉，，
，．１天津工业大学信息与通信工程学院，天津３０６；０１０、
＼．２天津大学精密仪器与光电子工程学院，光电信息技术科学教育部重点实验室，天津３０７，００２摘要：本文基于数字信号处理技术，对干涉型光纤传感器数字检测系统进行研究与设计．分析了合成外差解调算法的基本
原理，描述了检测系统的整体构架．重点讨论了采用ＤＰＢｉｅ技术对解调部分的设计，Ｓｕｄｒｌ实现解调算法的数字信号处理和智
能化数据传输接Ｉ并行工作，：ｌ使系统实时、线性地跟踪到被测信号．通过实验测试，该解调系统的工作频带约为１ｚｏＨ～１
ｄｔｏａａｃｍｍｕｉｔｎｉｔｒａｅｒｎｉａａｌｌｕｔｅｌｉｎｎａａｕｅｉｍｌｓｄｔｃｅ．ＢｅｔｎｃｉｅｆｃｕｐｒｌＡｓａｍｓ，ａｒａｍｅａｄｌｅｒｍｅｓｒｄｓａｏｎｎｅｌｔｉｇｅｅｔｄｙｔｉｉｓｎｇ
ＺＨＡＮＧｈｎ ¨ ，ＣｅｇＷＡＮＧｉ—ａＣＪｎｈｉ～，ＨＥＮａ—ｅ，ＨＡＮＧＢＹＥＱｕｎＣｉＺｈｏ，Ｕａ
ｆ．ｏｌｇｆＩ． ∞￡ａｄＣｍｍｕｉｔｎＥｇｎｅｉｇ，ＴｉｎｉｌｔｃｎｃＵｉｅｓｔＣｌｅｅｒ１ｏｎ０ｎｏ０ｎｃｉｎｉｅｒｎａｏａｊｎＰｏｙｅｈｉｎｖｒｉｙ・Ｔａｊｎ３０６，Ｃｉａｉｎｉ０１０ｈｎｌ、

干涉型光纤扰动传感器信号调理电路的设计和仿真

干涉型光纤扰动传感器信号调理电路的设计和仿真盛兴;邓大鹏;廖晓闽;张建成【摘要】干涉型光纤扰动传感器的输出信号通常很小并伴随着噪声,所以信号调理电路的性能对信号后续处理非常关键.针对干涉型光纤扰动传感器系统,阐述基于OPA132集成运算放大器的前置放大电路和2阶有源带通滤波器的设计方案,给出了电路的基本结构和各部分的元件选择,并用软件Muhisim 10对电路进行仿真.结果表明,该电路设计方案可靠实用.基本满足干涉型光纤扰动传感器的应用要求.%As the output signal of interferometric fiher perturhation sensor is usually very weak and goes with noise, the performance of signal conditioning circuit is very important for the further processing of the sensor weak signal.For the interferometric fiber perturbation sensing system, the design scheme of preamplifier based on OPA132 and Second-order active band-pass filter are described, the basic configuration of the circuit and the choice of components are presented, and the circuit is simulated with Multisim 10.The result indicates that the circuit is praciical and stable, and can meet the applied requirement of interferometric fiber perturbation sensor.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2011(034)004【总页数】4页(P144-146,154)【关键词】微弱信号检测;前置放大器;滤波器;Muhisim 10【作者】盛兴;邓大鹏;廖晓闽;张建成【作者单位】西安通信学院,陕西西安710106;西安通信学院,陕西西安710106;西安通信学院,陕西西安710106;西安通信学院,陕西西安710106【正文语种】中文【中图分类】TN911-34;TP212在现代传感系统中,干涉型光纤扰动传感器以其极高的灵敏度得到了广泛关注[1-2]。

光纤传感器的工作原理

光纤传感器的工作原理
光纤传感器是一种基于光学原理工作的传感器。

它采用光纤作为传输介质，利用光纤的折射和反射等特性来探测物理量。

其工作原理可以分为两种类型：
1. 变形型光纤传感器
变形型光纤传感器是根据物理量的变化引起传感器光纤变形的原理来实现信号检测的。

当物理量如温度、力、压力等作用在传感器上时，会使光纤发生形变，从而改变光纤中光的传输方式。

这种变化会导致光信号的强度、相位和波长等发生变化，进而被检测器检测出来，实现对物理量的测量。

2. 干涉型光纤传感器
干涉型光纤传感器是基于干涉原理来实现的。

它依靠光纤中光的干涉现象，测量物理量对光程差的改变，进而得到物理量的参数。

干涉型光纤传感器主要有两种类型，即迈赫尔干涉型光纤传感器和马赫曾德干涉型光纤传感器。

其中，迈赫尔干涉型光纤传感器是基于一条光纤，在光纤中引入光纤衍射光栅，使光线发生干涉现象从而实现对物理量的测量；马赫曾德干涉型光纤传感器则是基于两条光纤，在两条光纤中加入一个反射器，使两条光纤的光线在反射器处相遇，从而形成干涉现象，实现对物理量的测量。

无论是变形型光纤传感器还是干涉型光纤传感器，其工作原理都是利用光纤的特
点来提高测量的精度和灵敏度，从而实现对物理量的高精度、高灵敏度、无干扰的测量。

光纤传感中的信号处理与分析

光纤传感中的信号处理与分析在如今科技高速发展的时代，各种高新技术应运而生，其中光纤传感技术是近年来备受瞩目的技术之一，已广泛应用于制造业、民用工程、医疗卫生等领域。

然而，在这些应用中，光纤传感中的信号处理与分析也变得至关重要。

本文将从信号处理和分析两个方面来讨论光纤传感中的技术应用。

一、光纤传感信号处理光纤传感是一种利用光纤作为传感器的技术。

我们知道，光线在传输过程中会因光纤材料密度的变化、引力、运动、压力、湿度等因素的影响而发生不同程度的折射和反射。

这些反应会被传感器收集后转化为电信号，然后对信号进行处理分析得出具体的物理参数。

因此，在整个光纤传感系统中，信号处理是至关重要的一环。

1. 信号采集信号采集是光纤传感中的重要组成部分。

它是指从光纤中获取传输到系统中的光学、力学、电磁等各种物理信号。

在光纤传感中，信号采集模块的质量直接影响光纤传感的性能。

基于这个因素，研究人员开发了各种信号采集方案。

其中，光纤干涉仪、闪烁光纤传感器等是常见的信号采集方案。

2. 信号放大信号放大是将来自传感器的低电平信号通过放大电路转换成能够被进行分析处理的电信号的过程。

由于光纤传感技术中传感信号弱小、噪声干扰大，因此需要进行放大。

目前，放大技术主要包括运算放大器、磁致伸缩传感放大器、压电放大器等。

3. 信号滤波信号滤波是指将信号中的噪声滤除的过程。

在光纤传感中，信号在传输过程中受到噪声的影响，降低了信噪比，影响了传感效果。

信号滤波器的作用就是去除信号中的噪声，提高信号的可靠性和准确性。

信号滤波器的种类繁多，如低通滤波器、高通滤波器等。

4. 信号处理信号处理是将已采集并放大、滤波的传感信号通过处理算法，得到具体的物理参数的过程。

在传感技术中，信号处理越精确越可靠，其得到的结果越准确。

当前，常用的信号处理方法主要包括：逆向分析法、神经网络法、小波变换法等。

二、光纤传感信号分析信号分析是对光纤传感中采集、放大和处理后的信号进行进一步研究的过程。

抗偏振衰落干涉型光纤水听器系统的制作技术

本技术涉及光纤传感及水声信号测量领域，具体涉及一种抗偏振衰落干涉型光纤水听器系统，其特征在于包括光源调制单元(1)、多波长单频激光发射单元(2)、波长复用单元(3)、脉冲调制单元(4)、第一放大器(5)、光纤环形器(6)、传感阵列(7)、匹配干涉单元(8)、第二放大器(9)、波长解复用单元(10)、光电转换及解调单元(11)、显示及控制单元(12)，能够在保证水听器阵列加工成细阵(≤30mm)的条件下，避免出现偏振衰落现象。

技术要求1.一种抗偏振衰落干涉型光纤水听器系统，其特征在于包括光源调制单元(1)、多波长单频激光发射单元(2)、波长复用单元(3)、脉冲调制单元(4)、第一放大器(5)、光纤环形器(6)、传感阵列(7)、匹配干涉单元(8)、第二放大器(9)、波长解复用单元(10)、光电转换及解调单元(11)、显示及控制单元(12)，其中传感阵列(7)为完成信号传感的“湿端”，其余部分为完成信号探测、解调、显示控制的“干端”；传感阵列(7)包含多组时分传感阵列(702)，波长分离器(701)与波长增加器(703)，每组时分传感阵列对应一个单频光源波长，波长分离器(701)的COM端口为输入端口，透射端口连接时分传感阵列的输入端，反射端口连接下一个波长分离器的COM端口，依次类推；时分传感阵列(702)的输出端连接相应波长增加器(703)的透射端，波长增加器(703)的反射端连接前一个波长增加器的COM端，依次类推。

每一组时分传感阵列(703)均由若干支光纤光栅(7021)及一定长度的光纤环(7022)组成，其中光纤光栅(7021)的工作波长与连接本时分的波长分离器(701)与波长增加器(703)的透射波长对应，光纤环(7022)既作为延迟部件，又作为光纤水听器阵元的传感部件使用；匹配干涉单元(8)包含第一光纤耦合器(801)、光纤延迟线(802)、扰偏模块(803)及第二光纤耦合器(804)；光源调制单元(1)通过输出频率和振幅可变的正弦电压信号，对多波长单频激光发射单元(2)输出的连续光信号进行调制，受到调制的光信号进入波长复用单元(3)的输入端口，波长复用单元(3)的输出端口与脉冲调制单元(4)的输入端口相连，脉冲调制单元(4)的输出端口经过第一放大器(5)放大，第一放大器(5)的输出端口与光纤环形器(6)的(601)端口相连接，光纤环形器的(602)端口与传感阵列(7)的输入端口相连接；受到外界声信号调制的光脉冲信号被时分传感阵列(7)中的光纤光栅(7021)返回并通过光纤环形器(6)的(602)端口进入，由(603)端口输出进入匹配干涉单元(8)，由于匹配干涉单元中光纤延迟线(802)的长度与时分传感阵列(702)中的光纤环(7022)相同，因此由第一光纤耦合器(801)输出的两路脉冲信号将在时域产生叠加并发送干涉，同时由于扰偏模块(803)对于干涉仪一臂的扰偏作用，输出干涉信号将不会受到偏振衰落现象的影响，可以输出可见度基本稳定的干涉信号；干涉信号由第二放大器(9)进行放大后输出至波长解复用单元(10)将不同波长的干涉信号分离出来并送至光电转换及解调单元(11)，对干涉信号进行光电转换及解调处理，最终通过显示及控制单元(12)完成解调信号的显示及参数设置。

干涉式光纤传感器

束干涉法、多光束干涉法及环形干涉法等，此处主要介绍双光束干涉法# 。
双光束光纤干涉仪有迈克尔逊(Michlson)干涉仪、马赫-陈德尔(MachZehnder)干涉仪及斐索(Fizeau)干涉仪。
1）迈克尔逊干涉仪Fra bibliotek光源信号臂 3dB
探测器
参考臂
(a) 迈克尔逊干涉仪
在迈克尔逊干涉仪中，光源发射光经3dB光纤耦合器被分成功率相等的两部分，分别进入信号臂光纤与参考臂光纤，然后分别被端面的反射镜反射回各自的光纤中，在信号臂光纤中传输的光波相位被调制，在参考臂光纤中传输的光波相位与外界无关。被反射回来的光波在3dB耦合器另一端汇合，产生干涉条纹，信号由与此端相连的探测器接收。
对上式微分得：
(l) l l n l a
n
a
式中第一项表示光纤长度变化引起的相位差（应变效应或热胀效应），第二项为光纤折射率变化引起的相位差（光弹效应或热光效应），第三项为光纤芯径变化引起的相位差（泊松效应）。
为了测到各效应对其所产生的影响，自然要对调制在相位中的信号需要进行解调，用于光相位解调的干涉结构有多种，如双光束干涉法、三光
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干涉式光纤传感器的应用
因为干涉式光纤传感器是一种相位调制型光纤传感器，而影响传播在光纤中的光波相位的主要因素是温度和外界应力，所以，干涉式光纤传感器在温度以及压力测量等方面具有广泛的应用。
缺陷
各个类别的传感器其实都是尤其缺陷的。今天我们所要介绍的是干涉型光纤传感器自然也有它的不足地方。 1.它只是元件型的光纤传感器，测量方法单一。
2.由于光纤是在单模光纤构成的干涉型光纤传感器中, 故存在偏振衰落问题,将导致干涉效率降低。而为了消偏振衰落采用全保偏器件的光纤传感器成本过于高昂,影响其实用性。以马赫-泽德干涉仪为基础,用反馈信号控制偏振控制器加起偏器的结构消除了偏振衰落, 构造了基于部分保偏器件的干涉型光纤传感器。实验得到系统输出信噪比稳定在60 dB左右。