MG-Y激光器波长跳变的电流补偿方法研究

1

作者 汪迪 庄炜 +2 位作者 张旭 王乐 刘万泉 《光通信研究》 北大核心 2025年第1期72-76,共5页

【目的】在当前航天领域的高速发展下,对光纤传感解调系统的性能提出了更为严格的要求。文章旨在解决调制光栅Y分支(MG-Y)激光器在通道切换时出现的波长跳变问题,从而提高激光器的波长稳定性,进而提升光纤传感解调系统在高速扫描下对振... 【目的】在当前航天领域的高速发展下,对光纤传感解调系统的性能提出了更为严格的要求。文章旨在解决调制光栅Y分支(MG-Y)激光器在通道切换时出现的波长跳变问题,从而提高激光器的波长稳定性,进而提升光纤传感解调系统在高速扫描下对振动信号的解析精度。【方法】通过深入研究MG-Y激光器的调谐特性,文章揭示了切换频率对输出波长的显著影响,并在此基础上建立了不同切换频率下激光器的波长跳变模型。基于波长跳变模型,设计和搭建MG-Y激光器波长跳变补偿系统,并提出了基于通道内电流规律的波长偏差补偿方法,通过调整通道切换处的3路电流,实现对波长误差的精准补偿,从而有效解决了波长跳变问题。【结果】实验结果表明,切换频率与波长偏差之间存在对数关系,通过实验数据拟合得到了波长偏差与切换频率的关系式。进一步的实验验证表明,通过对通道切换处的3路电流进行补偿,波长误差在1 pm以内,表现出了显著的性能提升。【结论】通过该补偿方法,波长偏差得到了显著减小,MG-Y激光器的波长稳定性得到了明显提升。文章不仅在理论上填补了高速振动环境下光纤传感解调系统的技术空白,更直接助力了国家在航天装备领域核心竞争力的提升,具有深远的科学和应用价值。 展开更多

关键词 调制光栅Y分支激光器 波长跳变 切换频率 电流补偿 波长稳定性

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单模-空芯-单模光纤微结构应变传感特性研究 被引量：2

2

作者 王磊 张钰民 +2 位作者 姚霁峰 骆飞 祝连庆 《半导体光电》 CAS 北大核心 2024年第4期515-522,共8页

设计了一种单模-空芯-单模光纤微结构应变传感器,利用光束传播法进行仿真分析,建立了波长-应变关系模型,并对其应变特性、温度特性进行实验研究。实验结果表明,在0~340με范围内的拉伸应变灵敏度和-340~0με范围内的压缩应变灵敏度分... 设计了一种单模-空芯-单模光纤微结构应变传感器,利用光束传播法进行仿真分析,建立了波长-应变关系模型,并对其应变特性、温度特性进行实验研究。实验结果表明,在0~340με范围内的拉伸应变灵敏度和-340~0με范围内的压缩应变灵敏度分别高达-4.19和-4.26 pm/με,线性度分别为0.9971和0.9981;在20~70℃范围内的温度灵敏度为9.6 pm/℃,线性度达到0.9909。该传感器制作简单且具有较高的应变灵敏度,可以实现应变测量。 展开更多

关键词 空芯光纤 多模干涉 应变传感器 灵敏度 光纤传感

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基于FBG的微小型三轴振动传感器研究 被引量：4

3

作者 唐翔 吴俊 +2 位作者 黎琪慧 辛璟焘 董明利 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期197-205,共9页

为了研制一种微小型、三轴测量的高灵敏度振动传感器,提出一种分立元件交错组合的超紧凑光纤光栅三轴振动传感器设计方法。采用分立元件组合设计方法降低了设计加工难度,与一体化设计对比,分立元件组合结构的零件结构简单、易于加工、... 为了研制一种微小型、三轴测量的高灵敏度振动传感器,提出一种分立元件交错组合的超紧凑光纤光栅三轴振动传感器设计方法。采用分立元件组合设计方法降低了设计加工难度,与一体化设计对比,分立元件组合结构的零件结构简单、易于加工、结构设计也更为灵活,缩短了传感器结构的优化迭代周期。通过理论模型分析和有限元仿真,优化传感器结构参数,最终封装完成的尺寸为15 mm×15 mm×15 mm,质量约为24.26 g。最后进行实验测试和传感器性能分析。实验结果表明:该传感器的工作频段为0~1 200 Hz,在X、Y、Z轴方向的固有频率分别为1 850 Hz、1 770 Hz和1 860 Hz,三个轴向的灵敏度分别达到77.37 pm/g、80.73 pm/g和75.04 pm/g,横向抗干扰小于5%。该传感器满足航天振动测量轻量化、工作范围和灵敏度的应用需求,在遥感卫星微振动测量等领域具有重要应用前景。 展开更多

关键词 光纤布拉格光栅 三轴振动传感器 微型化 高灵敏度

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微型化三轴FBG振动传感器的角振动测量研究

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作者 黎琪慧 陈亚新 +2 位作者 辛璟焘 董明利 李昆 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期43-50,共8页

针对微型三轴振动传感器研制,可用空间小且结构复杂和结构零件组合装配困难等问题,提出采用3个一体化模块交错组合的传感器设计方法,提高了空间利用率和装配精度。通过理论分析和有限元仿真,完成15 mm×15 mm×15 mm微型化传感... 针对微型三轴振动传感器研制,可用空间小且结构复杂和结构零件组合装配困难等问题,提出采用3个一体化模块交错组合的传感器设计方法,提高了空间利用率和装配精度。通过理论分析和有限元仿真,完成15 mm×15 mm×15 mm微型化传感器的优化设计,搭建显微镜成像封装系统和振动测试系统完成传感器的封装和性能测试。实验表明,该传感器X、Y、Z轴的谐振频率分别为990、975和960 Hz,且在0~700 Hz频率范围内平坦度好,灵敏度分别为19.10、19.28和20.01 pm/g,具有轻量化和三轴测试性能一致性高的优点。搭建微角振动测试系统,验证传感器的性能,其角位移测量分辨率优于0.21μrad,线性度为0.998。 展开更多

关键词 光纤布拉格光栅 振动传感器 三轴 微型化 振动测量

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基于冗余第二代小波变换的光纤陀螺实时降噪算法研究

5

作者 徐俊健 任嘉楠 +2 位作者 吕峥 辛璟焘 祝连庆 《半导体光电》 CAS 北大核心 2024年第4期669-674,共6页

提出了一种基于冗余第二代小波变换的光纤陀螺实时降噪算法,该算法直接利用插值补零后的预测器和更新器对信号进行分解和重构,确保逼近信号和细节信号的长度与原始信号相同,避免重构后信号失真。模拟信号和光纤陀螺输出信号的仿真实验... 提出了一种基于冗余第二代小波变换的光纤陀螺实时降噪算法,该算法直接利用插值补零后的预测器和更新器对信号进行分解和重构,确保逼近信号和细节信号的长度与原始信号相同,避免重构后信号失真。模拟信号和光纤陀螺输出信号的仿真实验结果表明,该算法能够较好地保留信号的时域特征,保证信号的完整性和准确性,不受降噪过程的影响,同时量化噪声降低了约50.23%,角度随机游走降低了约19.14%,零偏不稳定性降低了约53.02%,为光纤陀螺信号处理提供了一种有效的方法。 展开更多

关键词 冗余二代小波 光纤陀螺 实时降噪 预测器 更新器

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超表面偏振器件研究进展与展望 被引量：1

6

作者 王皓萱 何彦霖 +2 位作者 祝航威 董杭 王书凝 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期112-135,共24页

偏振作为光的基本特性之一,其产生、调控和探测被广泛应用于通信、成像、光学加密等领域。然而传统的偏振器件存在体积大、集成度低等问题。亚波长尺度的超表面由于其独特的光场调控机制,为偏振器件的小型化和低成本提供了创新性的解决... 偏振作为光的基本特性之一,其产生、调控和探测被广泛应用于通信、成像、光学加密等领域。然而传统的偏振器件存在体积大、集成度低等问题。亚波长尺度的超表面由于其独特的光场调控机制,为偏振器件的小型化和低成本提供了创新性的解决方案。本文对近年来基于超表面的偏振器件研究进展及超表面制备工艺进行综述。从超表面相位调控机理入手,简单介绍了传输相位、几何相位、广义几何相位和共振相位的调控方法,重点总结了偏振转换、偏振分束、矢量涡旋光发生器、高阶庞加莱球光学加密、偏振多通道全息、偏振探测等不同超表面偏振器件及其制备工艺,最后展望了该领域可能的发展趋势和应用前景。 展开更多

关键词 偏振器件 超表面 偏振探测 多功能复用 相位调控

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光纤光栅光谱分光解调与接入光纤芯径相关性分析

7

作者 邢宇航 李红 +2 位作者 孙广开 胡林聪 祝连庆 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第1期54-64,共11页

面向细芯光纤光栅传感应用,针对接入光纤芯径不适配所引起的光学成像分辨率较低、光能损失较大、成像质量较差的问题,本文以双光栅二次色散解调光学系统为模型,对比分析了常规单模光纤与不同规格芯径细芯光纤分别接入分光光谱解调模块... 面向细芯光纤光栅传感应用,针对接入光纤芯径不适配所引起的光学成像分辨率较低、光能损失较大、成像质量较差的问题,本文以双光栅二次色散解调光学系统为模型,对比分析了常规单模光纤与不同规格芯径细芯光纤分别接入分光光谱解调模块时对成像和解调精度的影响,模拟了系统成像光斑分辨率、光束发散角、接收面辐照度和MTF曲线在截止频率处取值的变化情况。计算结果表明,当光纤芯径从8μm减小至2μm时,分辨率从0.8 nm提升到0.1 nm。接收面辐照度随芯径值缩小逐渐提升,芯径小于4.8μm后接收面光能利用率达到极限74.98%,曝光时间缩减为常规状态下0.36倍。MTF曲线在截止频率处取值与芯径值呈抛物线相关,芯径取4.2μm时图像接近衍射极限。本文提出并验证了光纤芯径与分光光谱解调成像指标的相关关系,为不同芯径光纤光栅传感的解调技术提供了参考和借鉴。 展开更多

关键词 光纤光栅传感 解调光谱仪 解调 细芯光纤

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基于U-Net网络和对极几何的介入导管空间形状重建方法

8

作者 王康 何彦霖 +2 位作者 黄宇辰 魏聚群 娄小平 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第1期147-156,共10页

介入手术是治疗心血管疾病的主要方式之一,现有手术主要依靠二维荧光透视图像指导医生操作,无法实现术中介入导管的三维可视化,限制了手术效率和安全性。面向心血管介入手术临床精准治疗的需求,提出一种基于U-Net网络和对极几何的介入... 介入手术是治疗心血管疾病的主要方式之一,现有手术主要依靠二维荧光透视图像指导医生操作,无法实现术中介入导管的三维可视化,限制了手术效率和安全性。面向心血管介入手术临床精准治疗的需求,提出一种基于U-Net网络和对极几何的介入手术导管空间形状重建方法,实现术中介入手术导管三维形状的重建。首先利用U-Net网络分割出双平面荧光透视图像中导管的轮廓,并通过骨架化算法提取出导管的中心线。接着研究了基于对极几何约束的立体视觉匹配方法,通过求解极线与导管中心线的交点,求解出双平面投影中导管点集的对应关系,并结合投影模型与导管中心线构造空间射线,通过逐个求解空间射线的相交点,将空间曲线重建问题转换成射线相交问题,实现导管三维空间形状的精确重建。最后,为验证所提出介入手术导管空间形状重建算法的可行性,进行了双平面透视图像重建导管实验,结果显示导管的最大形状重建误差<1.55 mm,均方误差<0.89 mm,豪斯多夫距离不足1.49 mm。表明所提出方法可实现介入手术导管三维形状的精确重建,为提升血管介入手术精准导航和柔性导丝安全操控提供新方法和技术基础。 展开更多

关键词 荧光透视图像 介入手术导管 形状重建 U-Net 对极几何

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类抛物线形单孔悬挂芯光纤光镊设计与微粒操控

9

作者 李红 牛田森 +2 位作者 周雅妮 邢诗梦 娄小平 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第9期316-328,共13页

为提高光镊系统中光纤波导耦合度与微通道集成度,实现对微粒的多样操控,提出了一种类抛物线形单孔悬挂芯光纤光镊结构,从双光束聚焦光场机制出发,分析并建立了光镊探针尖端横向和轴向光阱力数学模型,通过出射光场分布仿真模型的计算,探... 为提高光镊系统中光纤波导耦合度与微通道集成度,实现对微粒的多样操控,提出了一种类抛物线形单孔悬挂芯光纤光镊结构,从双光束聚焦光场机制出发,分析并建立了光镊探针尖端横向和轴向光阱力数学模型,通过出射光场分布仿真模型的计算,探究了类抛物线形悬挂芯光纤中空孔直径、微粒尺寸与纤芯功率等参量对出射光场和光阱力的影响。结合悬挂芯光纤流道的气压控制,利用CO_(2)激光熔融工艺制备了光纤光镊探针,建立了针对直径2、5、10μm的聚苯乙烯微粒操控实验。研究为单孔悬挂芯光纤应用于光纤光镊实现微粒操控乃至输运提供了技术基础,也为光纤光镊提高集成度与灵活性提供了新的思路。 展开更多

关键词 光纤光镊 单孔悬挂芯光纤 抛物线形 光阱力 光操控

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一种基于光纤光栅传感器的机械手远程操控手套 被引量：1

10

作者 朱云鸿 张旭 +2 位作者 娄小平 董明利 祝连庆 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期148-155,共8页

由于远程操控的机械手具有灵活性大和环境适应性高的特点,在越来越多的特殊场合下,人类开始借助机械手完成任务。本文针对危险环境中机械手高精度远程操作的需求,提出了一种基于光纤光栅传感器的机械手远程操控手套。建立了手套中光纤... 由于远程操控的机械手具有灵活性大和环境适应性高的特点,在越来越多的特殊场合下,人类开始借助机械手完成任务。本文针对危险环境中机械手高精度远程操作的需求,提出了一种基于光纤光栅传感器的机械手远程操控手套。建立了手套中光纤光栅传感器的弯曲测量模型,发现光纤光栅的中心波长变化量与弯曲角度之间成正比关系。结合机械手舵机的控制,提出了利用光纤光栅传感器进行机械手远程操控方法,编写了上位机软件,实现了从光纤光栅中心波长到手指弯曲角度最后到机械手舵机控制编码的过程。完成了光纤光栅传感器的设计和封装,手套的四路探测光纤中共有12个栅区长度为10 mm的光纤光栅传感器,其中11个传感器被封装在人手关节的上方进行弯曲感知,1个光纤光栅温度传感器用于温度补偿,利用704硅橡胶对光纤光栅传感器进行封装。搭建了基于光纤光栅传感器的机械手远程操控系统,并对光纤光栅传感器进行了标定,实验结果表明在人手关节弯曲0°~90°的范围内,平均弯曲角度测量误差为1.147°,所有拟合直线的决定系数均大于0.993,最后设计了人机交互演示模块展示人手的运动。本文提出的基于光纤光栅传感器的手套具有小型化、高精度、抗电磁干扰的特点,在航天器在轨维修、远程医疗手术和高危排雷作业等方面具有潜在的应用前景。 展开更多

关键词 光纤光栅传感器 机械手远程操控 人机交互 弯曲角度

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基于全方位深层加权轻量化网络的冠脉造影图像超分辨率重建方法 被引量：1

11

作者 张博伟 何彦霖 +2 位作者 王康 黄宇辰 祝连庆 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期200-209,共10页

针对介入手术中对冠状动脉造影图像纹理清晰的需求,本文提出一种基于全方位深层加权轻量化网络的超分辨率图像重建方法。首先通过设计局部卷积模块,降低特征图的维度减小其参数量,加快模型的处理速度;接着采用自注意力机制模块,融合图... 针对介入手术中对冠状动脉造影图像纹理清晰的需求,本文提出一种基于全方位深层加权轻量化网络的超分辨率图像重建方法。首先通过设计局部卷积模块,降低特征图的维度减小其参数量,加快模型的处理速度;接着采用自注意力机制模块,融合图像的通道和空间信息,获得图像的丰富高频细节特征;此外,为了进一步提取图像的深层特征信息,研究设计了级联和权重匹配的层注意力结构,为图像不同深度的特征分配不同的权重,实现图像的超分辨率重建。最后为了使本文所研究方法在真实介入手术冠脉造影图像中有更强的泛化能力,本文构建了冠脉造影图像数据集(CAID)用于网络模型的训练和测试。实验测试结果表明,与Omni-SR算法相比,本文所提出算法在参数量减少32.3%、运行时间减少17.74%的同时,其重建图像的质量在客观指标和主观感受上均优于其他对比算法,且在放大倍数为4时,PSNR和SSIM的平均值在CAID数据集上分别提高了0.72 dB和0.012 2,在公共数据集上分别提高了0.13 dB和0.004 4。 展开更多

关键词 冠脉造影图像 超分辨率重建 局部卷积 注意力机制 轻量化

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基于DRSN的MG-Y激光器快速准连续波长调谐方法

12

作者 杜雨蒙 庄炜 +2 位作者 张旭 王乐 董明利 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期160-169,共10页

针对调制光栅Y分支(Modulated Grating Y-branch,MG-Y)可调谐半导体激光器难以在调谐范围内进行快速、准确的准连续波长调谐问题,提出了一种基于深度残差收缩网络的MG-Y激光器控制参数表快速生成方法。该方法使用光电二极管采集光功率,... 针对调制光栅Y分支(Modulated Grating Y-branch,MG-Y)可调谐半导体激光器难以在调谐范围内进行快速、准确的准连续波长调谐问题,提出了一种基于深度残差收缩网络的MG-Y激光器控制参数表快速生成方法。该方法使用光电二极管采集光功率,相较光谱仪采集波长的方法,其采集速率可大幅提高;采用深度残差收缩神经网络模型对MG-Y激光器电流调谐区域进行快速分类;结合激光器的电流调谐特性,采用拉格朗日插值方法,生成高精度控制参数表,实现MG-Y激光器快速、准确的准连续波长调谐。实验结果表明,用深度残差收缩模型对电流调谐区域分类的时间小于20 s,生成的控制参数表控制激光器输出波长精度为1 pm,稳定性为0.28 pm,法布里-珀罗标准具解调波长稳定性为1.8 pm,对光纤布拉格光栅应变传感器的应变解调精度为1με,稳定性为0.6με。该方法大幅提升了生成控制参数表的速度,满足光纤传感解调应用需求。 展开更多

关键词 调制光栅Y分支激光器 波长控制 深度残差收缩网络 控制参数表 快速光功率采集

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FBG反射谱数据滑动相关滤波算法设计与实现

13

作者 马嘉仪 张旭 +2 位作者 李红 朱云鸿 董明利 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第6期146-158,共13页

针对光纤光栅解调系统中现有滤波算法计算速度与滤波效果难以兼顾的问题,提出了一种基于滑动相关滤波的光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)反射谱滤波方法并在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)上实现算法加... 针对光纤光栅解调系统中现有滤波算法计算速度与滤波效果难以兼顾的问题,提出了一种基于滑动相关滤波的光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)反射谱滤波方法并在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)上实现算法加速设计。该算法根据FBG半峰全宽确定高斯函数二阶导数的标准差,用函数的负数作为滤波模板权重,通过滑动数据窗口进行反射谱数据与滤波模板的相关计算,从而实现滤波操作。使用该算法处理含高斯噪声、坏点和基线的仿真数据,验证了该方法对多种异常反射谱数据处理的有效性,并与其他下位机滤波算法进行对比分析,该算法能较好地保留原始数据特征,有较好的鲁棒性,信噪比最高提升28.23dB,中心波长平均偏差和偏差标准差最小,分别为1.712 pm和2.996pm。同时在FPGA片上平台实现了该算法,采用循环队列策略设计存储器,提高了存储器使用率,降低了资源消耗。实验表明,该算法可以有效校正多种异常FBG反射谱,在100MHz系统时钟下处理一个反射谱数据所需时间仅5.09μs,易于实现工程化应用,克服了下位机现有滤波算法对FBG反射谱中坏点、基线抑制作用较差和滤波后信号变形的问题,实现了FBG反射谱滑动相关滤波算法的加速设计。 展开更多

关键词 滑动相关滤波 光纤光栅传感 FBG滤波 FPGA

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面向光轴指向测量系统的光斑质心高精度实时解算方法

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作者 马浚轩 李红 +2 位作者 张旭 朱云鸿 祝连庆 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期266-273,共8页

针对遥感卫星相机光轴指向测量系统的CMOS图像传感器易受空间环境影响,导致图像缺陷,进而影响光斑质心解算精度的问题,本文提出了一种高精度的光斑质心实时解算方法。仿真分析结果表明该方法能够准确地追踪图像中光斑位置的变化,从而验... 针对遥感卫星相机光轴指向测量系统的CMOS图像传感器易受空间环境影响,导致图像缺陷,进而影响光斑质心解算精度的问题,本文提出了一种高精度的光斑质心实时解算方法。仿真分析结果表明该方法能够准确地追踪图像中光斑位置的变化,从而验证了其分步解算策略的可行性。分别采用分步法、OTSU质心法和高斯拟合法对测量系统所采集的图像进行光斑质心的实时解算。实验结果显示,分步法的实时性好,光斑识别成功率最高,质心解算平均偏差和标准差最小,分别为0.026和0.029 pixels。该方法可以为光轴指向测量系统提供可靠的数据支撑。 展开更多

关键词 夹角测量系统 模板匹配 实时处理 FPGA

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铰链互补结构的宽频段高灵敏度光纤光栅振动传感器

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作者 鲜中泽 辛璟焘 +2 位作者 黎琪慧 唐翔 董明利 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第7期242-250,共9页

针对振动传感器工作频段与灵敏度相互制约的问题,设计了一种基于铰链互补结构的宽频段高灵敏度光纤光栅振动传感器。将两个“工作区”与谐振峰互补的振动传感单元进行组合,在保证高灵敏度测量的同时,扩展了传感器的工作频率范围。首先... 针对振动传感器工作频段与灵敏度相互制约的问题,设计了一种基于铰链互补结构的宽频段高灵敏度光纤光栅振动传感器。将两个“工作区”与谐振峰互补的振动传感单元进行组合,在保证高灵敏度测量的同时,扩展了传感器的工作频率范围。首先建立了传感单元的结构模型,通过力矩平衡方程,得出了影响传感器灵敏度和固有频率的因素,然后使用Ansys与SolidWorks联合仿真,优化了传感器结构参数,最后制作了传感器实物,搭建封装和测试系统完成封装和特性测试。实验结果表明:两个传感单元的谐振峰位于650Hz和925Hz,分别与传感单元2和传感单元1的“工作区”互补,将工作频率范围扩展到0~1500Hz,灵敏度优于410.4pm/g,测量分辨率为0.16mg。文中所设计的传感器具有灵敏度高、工作频段宽等优点,为微振动监测提供新的技术手段。 展开更多

关键词 光纤布拉格光栅 振动传感器 高灵敏度 宽频段

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基于遗传算法的磁自抑制加热器的设计与优化

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作者 刘彦彦 祝静 +3 位作者 谭志成 刘晓飞 王帅 祝连庆 《半导体光电》 CAS 北大核心 2024年第4期575-583,共9页

超低磁噪声(0~10 nT)的碱金属加热技术是无自旋交换弛豫原子磁力仪实现超高灵敏度的关键,文章提出一种基于遗传算法的磁自抑制加热器多目标优化设计方法。该方法基于毕奥-萨伐尔定律推导目标函数新模型,优化的目标包括加热丝的长度、宽... 超低磁噪声(0~10 nT)的碱金属加热技术是无自旋交换弛豫原子磁力仪实现超高灵敏度的关键,文章提出一种基于遗传算法的磁自抑制加热器多目标优化设计方法。该方法基于毕奥-萨伐尔定律推导目标函数新模型,优化的目标包括加热丝的长度、宽度、厚度和电流方向4类(18个)参数,以此获取加热器最佳磁自抑制性能。利用有限元分析方法,仿真分析了目标区域的磁场分布和温度分布,结果表明:加热器在目标区域的中心区域产生0.02 nT/mA的平均磁场和180.34℃的平均温度。实验测试结果显示:目标区域的磁通密度取值在0.13 nT/mA和0.14 nT/mA范围内,这表明加热器的磁场自抑制性能较好。该研究有助于进一步提高原子磁力仪的性能。 展开更多

关键词 无自旋交换弛豫原子磁力仪 磁自抑制 遗传算法 毕奥-萨伐尔定律

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一种基于CNN的混叠光谱解调算法及FPGA实现

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作者 任嘉楠 焦点 +2 位作者 杨铎 徐春锋 辛璟焘 《半导体光电》 CAS 北大核心 2024年第2期295-302,共8页

为了解决光纤布拉格光栅(FBG)传感网络的光谱信号混叠问题,基于现场可编程门阵列(FPGA)提出了一种利用卷积神经网络(CNN)模型的混叠光谱信号解调算法,并对其进行硬件实现与加速。通过对模型参数进行定点数量化,压缩网络模型的存储空间,... 为了解决光纤布拉格光栅(FBG)传感网络的光谱信号混叠问题,基于现场可编程门阵列(FPGA)提出了一种利用卷积神经网络(CNN)模型的混叠光谱信号解调算法,并对其进行硬件实现与加速。通过对模型参数进行定点数量化,压缩网络模型的存储空间,提高FPGA中DSP资源的利用率;利用循环展开和数组重排等硬件优化方法,提高了系统实时性,确定了算法的并行计算方案。研究结果表明,在100MHz的时钟下,测试集解调精度为1.19pm,推理速度为每帧14.96μs,光谱解调速率为60kHz,对于FBG混叠光谱信号解调具有较高的精度和速率。 展开更多

关键词 光纤光栅 混叠光谱 FPGA 卷积神经网络 硬件加速

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用于毛细管回音壁谐振的光纤楔形端面耦合器

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作者 袁国庆 李红 +2 位作者 罗新建 鹿利单 祝连庆 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第9期245-252,共8页

面向毛细管微反应器固相状态检测需求,提出了一种激发微管腔回音壁谐振的光纤楔形端面耦合器。建立了光纤楔形端面耦合模型,通过理论研究楔形端面与微管腔倏逝场耦合原理,仿真模拟楔形端面光场分布情况,并分析了光纤楔形端面与微管腔耦... 面向毛细管微反应器固相状态检测需求,提出了一种激发微管腔回音壁谐振的光纤楔形端面耦合器。建立了光纤楔形端面耦合模型,通过理论研究楔形端面与微管腔倏逝场耦合原理,仿真模拟楔形端面光场分布情况,并分析了光纤楔形端面与微管腔耦合谐振的光谱特征。研磨制备耦合器件,搭建实验系统进行实验验证。实验采集到洛伦兹凹谷型耦合谐振谱,与理论仿真分析相一致。谐振谱1563.074 nm波长附近的自由光谱范围约为1.734 nm,Q值约为6.15×103。所提出的光纤楔形端面耦合器具有较好的器件鲁棒性,耦合谐振结构简单,易于器件集成和小型化。 展开更多

关键词 回音壁模式 毛细管 光纤耦合器 楔形端面

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基于四芯光纤光栅的微型三轴振动传感器研究

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作者 唐翔 辛璟焘 +2 位作者 李昆 吴俊 董明利 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第17期249-257,共9页

针对微振动检测的需求,提出了一种基于四芯光纤光栅的三轴振动传感器设计方法,利用单根四芯光纤实现了两个方向上的振动监测,通过交错组合两根四芯光纤,实现了三个不同轴向上的微振动监测。根据传感器的理想理论模型,通过结合四芯光纤... 针对微振动检测的需求,提出了一种基于四芯光纤光栅的三轴振动传感器设计方法,利用单根四芯光纤实现了两个方向上的振动监测,通过交错组合两根四芯光纤,实现了三个不同轴向上的微振动监测。根据传感器的理想理论模型,通过结合四芯光纤的弯曲传感原理,得到传感器灵敏度的计算方法;通过有限元仿真,优化了传感器的结构参数;通过显微成像封装平台,完成了尺寸为15 mm×15 mm×15 mm的传感器的装配与封装;最后进行了实验测试与传感器性能分析。实验结果表明:传感器的特征频率为450 Hz,工作频段为10~300 Hz,传感器在x、y、z方向上的灵敏度分别为30.5、32.07、29.38 pm/g(g为重力加速度)。该传感器满足微振动测量轻量化的应用需求,在微振动测量等领域中有着重要的应用价值。 展开更多

关键词 传感器 振动分析 多芯光纤光栅 三轴振动传感器

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小色散啁啾光纤光栅制作及其色散测量方法研究

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作者 姚霁峰 张钰民 +2 位作者 高轶 田婧 宋言明 《中国激光》 CSCD 北大核心 2024年第22期169-176,共8页

小色散啁啾光纤布拉格光栅(CFBG)用于全光纤飞秒激光系统中振荡器腔内色散的补偿,决定了飞秒激光输出的脉冲宽度和脉冲质量。基于大啁啾相位掩模技术与高阶高斯函数切趾结合的折射率调制深度优化方法,在受限栅区长度下,获得了中心波长为... 小色散啁啾光纤布拉格光栅(CFBG)用于全光纤飞秒激光系统中振荡器腔内色散的补偿,决定了飞秒激光输出的脉冲宽度和脉冲质量。基于大啁啾相位掩模技术与高阶高斯函数切趾结合的折射率调制深度优化方法,在受限栅区长度下,获得了中心波长为1031 nm、3 dB带宽为12 nm、反射率为36.9%的小色散CFBG。提出了基于迈克耳孙白光干涉的非线性曲线拟合优化色散测量方法。结果表明,该小色散CFBG的色散测量值为1.1088 ps/nm@1031 nm,重复性测量的误差控制在±0.005 ps/nm内,该色散测量系统具有良好的重复性精度。此外,详细讨论了干涉臂强度以及干涉光路熔接损耗对色散测量结果的影响。该小色散CFBG的制作及色散测量方法有望用于高质量全光纤飞秒激光振荡器的色散精准匹配。 展开更多

关键词 啁啾光纤光栅 相位掩模 迈克耳孙白光干涉 色散测量

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