现有轨道交通定位和测速方法易受到外界环境干扰, 具有不稳定性。为了解决这些难题, 结合光纤光栅绝缘、抗干扰能力强、耐腐蚀等特性, 提出了一种基于弱光栅阵列的结合波分和光时域反射仪技术的高精度列车测速定位系统方案, 通过密集型复用方式实现光栅点的绝对定位需求, 并设计了根据不同光栅分区定位结果及其波长漂移规律来计算实时速度和位置的数据处理方法。为验证系统性能, 搭建了模拟运行环境, 进行了理论分析和实验验证。结果表明, 该方案能实现厘米级的定位精度和1 km/h的测速精度。该研究在轨道交通方面具有广泛的应用前景。

复合材料在服役过程中易受到外部的低能量冲击, 造成不可见损伤, 为了监测复合材料健康状况, 将光纤布喇格光栅(FBG)传感网络粘贴布置于碳纤维复合材料表面, 采用基于反向传播（BP）神经网络系统的智能复合材料冲击定位识别技术, 获取FBG传感的时域信号响应值, 从而进行了复合材料冲击位置的预判。结果表明, BP神经网络算法具有非线性逼近能力强、容错率高和自适应能力强等优点, 可以实现复合材料层合板的参数化识别定位, 且预测结果与待测复合材料层合板总长度比值小于0.1。该FBG传感系统可为智能化复合材料冲击损伤自调整和自修复能力提供更准确的信息。

傅里叶域锁模(FDML)技术可在保持扫频光源各项指标性能优越的前提下,将扫频速度提高至调谐滤波器的设计极限。为进一步提升FDML扫频激光光源的扫频速度,在激光谐振腔内引入光学缓存装置来实现对扫频光的备份。实验中基于环腔内光学缓存装置的扫频光源中心波长为1310 nm,扫频范围为95 nm,瞬时线宽为0.1 nm,扫频速度翻倍提升至202 kHz,平均输出光功率为7.5 mW。利用光学缓存装置可将传统FDML高速扫频光源的扫频速度翻倍提升,对提升扫频光学相干层析成像(SS-OCT)系统的综合成像性能具有重要意义。

针对现有扫频光学相干层析成像中扫频范围不足的问题,提出了一种基于量子点半导体光放大器(QD-SOA)与量子阱半导体光放大器(QW-SOA)并联的傅里叶域锁模(FDML)高速宽带扫频光源。研究了两种SOA的输出特性,并将中心波长为1310 nm的QW-SOA与中心波长为1280 nm的QD-SOA并联置于光纤环形腔内,结合FDML技术,研制了一种高速宽带扫频光源。该扫频光源的扫频范围为318 nm,半峰全宽为110 nm,扫频速率为101 kHz,光源平均输出光功率为7.8 mW,瞬时线宽低于0.1 nm。

十字头轴瓦的磨损是压缩机无法正常使用的重要原因之一,实时检测轴瓦处的温度进而来判断轴瓦的磨损情况是确保压缩机安全、高效生产的重要检测手段。针对石化行业复杂的工况环境,提出并设计制备了一种无线耦合光纤布拉格光栅传感器,并用其进行光信号的空间传输以实现轴瓦处温度信号的提取。针对动态测量过程中产生的U型中心波长信号引起的解调温度差值过大的问题,利用插入损耗阈值,将一次动态运行过程中的温度改变量从4 ℃控制到0.1 ℃以内,提高了温度解调的准确度,实现了温度的无线监测。

现有的铁路轨道监测主要采用电类传感技术, 易受电磁场、外界环境的影响, 存在着安全的隐患。因此, 采用基于全同弱光纤光栅(wFBG)阵列的铁路轨道应变在线监测技术, 用于实时监测轨道的占用情况。通过有限元模拟仿真设计出能感测铁路应变的传感器结构, 研究了传感器的封装技术。通过检测wFBG波长漂移得到应变信号从而实现高灵敏度应变测量。采用全同wFBG阵列对传感器和系统进行了实验室和现场实验研究。结果表明: 该传感结构可以实现较小的光学损耗, 并且能够保证传感器的灵敏度达到3.4 pm/?滋ε, 线性度达到0.997 82, 迟滞误差达到0.8%。该铁路轨道在线监测系统可以满足铁路运行管理的实际需要。

针对现有光学相干层析成像(OCT)中所用扫频激光光源能量较低这一技术瓶颈, 研究了一种基于SOA级联的傅里叶域锁模(FDML)扫频光源, 利用中心波长为1310nm的半导体光放大器(SOA)搭建了双环形腔扫频光源。对系统中两只SOA的输出特性和基于SOA级联的双环扫频光源的光谱输出特性进行了研究。结果表明, 在SOA工作电流为280mA下, 该扫频光源光功率达28mW, 扫频速度达81.3kHz, 扫频范围超过90nm, 瞬时线宽小于0.03nm。