干涉型光纤水听器虚拟检测软件设计和实现

利用温度对相位调制的全光纤mach-zehnder结构型温度传感器,采用ccd摄像头与小型电视连接的办法来观察干涉条纹的移动,并给出温度变化与干涉条纹移动数的关系,以及敏感长度与灵敏度的关系,进一步了解干涉仪作为温度传感器的参数特性及其作为一台测量仪器的定标。

介绍了数字式干涉型光纤传感器高倍数条纹细分实现,针对由于基本辨向电路的辨向分辨率低限制了细分倍数的问题,提出了一种新的辨向电路.仿真结果证明,这种新的辨向电路能够实现高倍数的辨向分辨率,满足了数字式干涉型光纤传感器高倍数条纹细分实现的要求,且可适用于传统莫尔光栅细分技术.

当前,光纤水听器阵列的多路复用技术已成为研究的重要课题之一,而时分复用(tdm)技术被认为是最简单有效的方案。本文详细介绍了8路光纤水听器高速时分复用系统的设计过程。分析比较了梯形式及平行式两种光路结构的优缺点,并得出最佳光路方案。选择ti公司生产的tms320f206芯片作为系统控制核心,采用ad公司新出的采样频率达1m的16位ad7677作为a/d转换器,设计出8路光纤水听器高速时分复用系统,测试结果表明系统通道间串扰在-30db左右。对水听器阵列时分复用技术的发展具有相当的参考价值和借鉴意义。

利用2×2熔融拉锥型光纤耦合器,提出构建双m-z干涉系统方案,分析了熔融拉锥耦合器参数特性对双m-z干涉系统稳定性的影响以及干涉臂输出光强特性。该实验系统低频振动周期为3±0.32min,系统漂移速率为2.82rad/min。

为直接测量霍普金森压杆加载下试样径向应变位移,提出了一种稳幅输出的新型全光纤位移干涉技术。该技术采用半导体光放大器与掺饵光纤放大器的组合对来自试样表面的反射光进行动态饱和式放大。理论研究表明,该新型全光纤位移干涉仪能够输出振幅稳定的干涉信号,消除试样表面反射光强变化对位移测量精度的影响。实验结果表明,新型全光纤位移干涉仪能够实现对霍普金森压杆加载下试样弹性应变和塑性应变的高精度非接触测量。

设计了芯间距较小的特殊结构四芯光纤,可用于生成格子光场或用于制作光纤传感器.研究了在采用相干长度较短的ld光源的情况下,经过一段既弯曲又扭转的四芯光纤远程传输后的纤端光场干涉特性.基于叠加原理,出射光场可视为每个独立纤芯的多光源相干叠加和圆孔衍射调制共同作用的结果,推导了相应的理论公式,给出了四芯光纤远场干涉的理论与实验相一致的结果.对光纤弯曲所导致的光程差累积和偏振态衰变效应进行了分析和讨论,并给出了相应的实验结果.

提出了一种新的基于薄芯光纤模态干涉技术的光纤曲率传感器。在单模光纤的中间部分插入薄芯光纤用于传感光路,没有插入薄芯光纤的单模光纤用于参考光路,以消除环境对曲率测量的影响。由于插入的薄芯光纤和单模光纤纤芯失配,导致包层的高次模被激发,并与纤芯模在单模光纤内形成干涉。当改变薄芯光纤的曲率时,沿纤芯和包层传播的模态和光纤长度会发生改变,使得干涉谷峰发生平移。将传感光纤的两端固定的平移台上,当调节平移台距离时,薄芯光纤的曲率发生改变,导致干涉谷峰向短波方向平移。通过观察谷峰的平移距离可以实现曲率的传感测量。实验表明,该装置具有低损耗、低成本和高灵敏度的特点。

为直接测量霍普金森压杆加载下试样径向应变位移,提出了一种稳幅输出的新型全光纤位移干涉技术。该技术采用半导体光放大器与掺饵光纤放大器的组合对来自试样表面的反射光进行动态饱和式放大。理论研究表明,该新型全光纤位移干涉仪能够输出振幅稳定的干涉信号,消除试样表面反射光强变化对位移测量精度的影响。实验结果表明,新型全光纤位移干涉仪能够实现对霍普金森压杆加载下试样弹性应变和塑性应变的高精度非接触测量。

光纤水听器探头是光纤水听器系统的基础。分析了直杆式光纤水听器探头的静力灵敏度,基于薄板小挠度弯曲理论导出了其静力灵敏度计算的解析公式,讨论了光纤水听器探头灵敏度的影响因素,并且利用ansys进行了模拟分析,数值解与解析解比较吻合。

光纤水听器具有灵敏度高、抗电磁干扰、水密性好等诸多优越的特性,被广泛研究并获得了迅速的发展,已在潜艇、水面舰艇、鱼雷等军事目标的探测,以及海洋水声物理研究、石油勘探等方面发挥了重要的作用。近年来,我们课题组研究的全保偏干涉型光纤水听器阵列技术取得了系列成果,但高频混叠是进一步发展必须解决的一个关键问题。虽然,通过提高系统的工作带宽能一

光纤水听器(foh)探头技术是foh系统的基础,探头的动力特性直接影响水听器动态响应的幅频特性、响应范围和带宽。分析了直杆式foh探头的自由振动特性,用rayleigh法导出了其基频计算的理论公式,全面地分析了foh探头基频的影响因素,并利用ansys对其前几阶固有频率和模态进行了模拟分析。基频的数值模拟结果与理论计算结果比较吻合,最大偏差为5.05%。基频理论计算公式对水听器探头的参数优化设计具有指导意义。

介绍了一种基于显微干涉的光纤连接器端面的测试系统,干涉仪由mirau干涉物镜和镜筒透镜组成,ccd相机采集干涉图样,经处理后得到相位分布图.采用carre相位提取算法,无需进行特定步长的相移.对光纤连接器端面的表面形貌、曲率半径、顶点偏移进行测量,测量系统的横向分辨率可达到0.9μm,重复性测量精度为9.5nm.

通过改进光纤定向耦合器的结构,可以显著提高光纤速度干涉仪的灵敏度。该文从熔融拉锥型光纤定向耦合器的数学模型出发进行研究,详细分析了2×2和3×3型光纤定向耦合器在全光纤速度干涉仪(afvisar)中的具体作用,并对此两种结构的光纤速度干涉仪的性能(主要是灵敏度)的优劣进行了对比分析,表现出3×3型光纤定向耦合器构成的两端探测系统的优越性。最后提出采用n×n型光纤定向耦合器可能带来的光纤速度干涉仪性能的提高和适用局限性。

光纤水听器探头是光纤水听器系统的基础。分析了直杆式光纤水听器探头的自由振动特性,用rayleigh法导出了其基频计算的理论公式,讨论了光纤水听器探头基频的影响因素,并且利用ansys对其前几阶固有频率和模态进行了模拟分析,数值结果与解析解比较吻合。

对应用于安全防范、石油管道监测的干涉型光纤传感器的系统结构及工作原理进行分析,由于系统使用单模光纤,导致两干涉臂输出偏振态变化不一致,使得系统的精度和稳定性降低.为此,对光缆设计以及成缆技术对系统输出偏振态变化的机理进行研究,建立了数学模型,进行仿真计算并通过环境模拟实验验证理论模型,为系统的光缆设计提供了理论依据.

介绍了法布里-珀罗干涉型光纤水听器的工作原理,指出了工作点的选择依据及系统的实现方案。绘制了理想情况下光纤法布里-珀罗干涉的谐振曲线。用光弹学理论分析了光纤的应力双折射问题和谐振腔内模式分裂问题。用模式分裂的原理解释了水听器的谐振曲线畸变现象,提出了描述谐振曲线畸变的数学公式,用mathcad软件仿真了模式分裂后水听器的干涉过程并绘制了理论曲线。用实验方法测量并记录了模式简并及分裂条件下各种谐振曲线的形状,通过实验照片与仿真曲线进行对比,理论仿真与实验结果吻合,这说明用光纤模式分裂理论解释谐振曲线畸变现象是可行的。

基于多模干涉效应的单模-多模-单模(sms)结构光纤折射率传感器通常需要进行包层腐蚀来提高灵敏度,而且易受环境温度影响。为克服sms结构的这些不足,提出了一种新型的基于纤芯失配多模干涉的光纤折射率传感器,由单模光纤-色散补偿光纤-单模光纤(smf-dcf-smf)级联光纤布拉格光栅(fbg)构成,长度不超过100mm。对其灵敏度、线性范围和温度特性等进行了测试,实验结果显示在测量折射率为1.33～1.39的折射率液时,特征波长与折射率呈线性关系,灵敏度为232.8nm,级联的fbg具有良好的温度校准功能。

制作了一种基于细芯光纤tcf(thin-corefiber)和双球结构的干涉型光纤传感器。在两根单模光纤的一端分别制作球形结构,两个球形结构由细芯光纤相连构成mz干涉结构,实现了对温度、折射率、拉力3个物理量的测量。实验结果表明,温度、折射率、拉力的灵敏度分别是0.0665nm/℃、-33.652nm/riu、-0.3608nm/n,且线性度良好。该传感结构在环境监测、医疗卫生和安全监测等领域有着广泛的应用。

一种基于光纤mach森德干涉的新型磁场传感器（mzi）的涂磁流体（mf）提出。mzi组成标准单模光纤（smf）两个球形结构。的干涉波长和功率的传感结构是敏感的外部的折射率（国际扶轮）。由于ri的mf对磁场敏感，磁场的测量可以通过检测干涉谱的变化来实现。实验结果表明，随着磁场强度的增加，干涉倾角的波长和功率都随着磁场强度的增加而增大。

一种基于光纤mach森德干涉的新型磁场传感器（mzi）的涂磁流体（mf）提出。mzi组成标准单模光纤（smf）两个球形结构。的干涉波长和功率的传感结构是敏感的外部的折射率（国际扶轮）。由于ri的mf对磁场敏感，磁场的测量可以通过检测干涉谱的变化来实现。实验结果表明，随着磁场强度的增加，干涉倾角的波长和功率都随着磁场强度的增加而增大。

提出了一种基于光纤sagnac干涉结构的磁光光纤费尔德(verdet)常数测量方法。通过测量光纤sagnac干涉结构的损耗及其所能达到的最小透射率,可计算光路中耦合器的分光比;进而根据sagnac干涉结构的透射率随外加磁场的变化,确定光纤的等效verdet常数值。使用该方法实验测量了高非线性光纤verdet常数的波长依赖性,成为磁光四波混频效应研究中磁光耦合系数选择和波长设置的重要依据。

双干涉光纤陀螺是一种新型光纤陀螺,可加倍sagnac信号,具有轻小型、高信噪比的优点.为改善双干涉光纤陀螺光纤环的温度性能,针对其光路建立了光纤环温度致非互易误差模型,仿真分析了光纤环中90°熔点位置对温度致非互易误差的影响,提出了将90°熔点置于光纤环中点时陀螺的温度致非互易误差将显著减小,并进行了实验验证,实验结果与理论分析相符.结果表明将90°熔点置于光纤环中点可使双干涉光纤陀螺的温度致非互易误差降低为原来的1/400.