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关键词： 分布式偏振分析   侧边抛磨光纤   液压传感   复合材料   光纤传感  

摘要： 分布式偏振分析(DPA)技术可实现高空间分辨率、高灵敏度的单模光纤(SMF)分布式双折射测量,以此为基础实现分布式SMF横向应力测量,在下水道与水分布、深海探测、结构健康检测等领域表现出了良好应用潜力。本文围绕激光源线宽对光频域反射(OFDR)系统测试性能影响的仿真分析、基于侧边抛磨光纤(SPF)的液压光纤传感、内嵌SMF的复合材料弯曲形变检测等方面展开了详实的理论与实验研究。主要研究内容和创新点如下: 1.研究了激光源线宽变化对OFDR系统测量性能产生的影响,理论推导了线宽在OFDR系统中的分布函数,仿真分析了激光线宽变化引起的扫频非线性抖动对相干长度、拍频信号信噪比产生的影响;结果表明,随着激光线宽的展宽,系统的测量信噪比降低,会缩短传感测量距离。 2.提出了一种利用SPF作为传感单元对液压进行测量的传感系统,可实现单点或多点分布/准分布式液压测量;通过光纤抛磨机制作了一系列抛磨深度、长度不同的SPF,将不同尺寸的传感单元放入水桶中引入液压,利用DPA系统测量SPF在不同液压下的双折射变化;实验研究和对比分析发现,SPF双折射均随着液压的增大呈现先减小后增大的趋势,并且抛磨深度越深或抛磨长度越长,光纤传感灵敏度越高,且拐点对应的液压值越大。 3.提出了一种SMF内嵌复合材料实现弯曲形变检测的方法;将同一光纤往返嵌入碳纤维复合材料的不同层间,复合材料在发生弯曲形变时内部应力对光纤引入双折射,利用DPA系统测量光纤双折射分布以实现复合材料的弯曲形变检测,实验表明光纤双折射随弯曲半径的增大而呈现单调性减小,且由于不同层间产生的应力不同,可根据不同层光纤双折射的差异性实现弯曲形变方向检测;使用ANSYS软件对光纤内嵌不同弯曲半径的复合材料进行仿真,得到了与实验一致的变化规律。

关键词： 航空器燃烧蔓延   光纤光栅测温   火灾探测  

摘要： 本文以航空器失火事件为背景分析飞机舱内失火蔓延过程,针对航空器舱内隐蔽区域探测传统方式,提出可利用光纤光栅温度传感技术来探测航空器舱内火灾引燃和蔓延,以提高航空器舱内火灾事件的早期识别和预警能力。介绍了该技术在航空器内部火灾探测中的潜在优势,也列举了选择包覆材料所考虑的因素,以及在系统整合、智能化分析、材料创新以及实际应用验证等方面的未来研究方向,来进一步提升光纤光栅温度传感技术在航空器火灾探测中的性能和可靠性。

关键词： 新基建   光纤通信网络   数字化转型  

摘要： 中国新基建的根本目的是围绕信息资源对传统行业进行数字化转型，打通经济社会发展的信息“大动脉”是加速数字化全连接的关键所在，因此通信网络成为新基建时代的重要基础设施。光纤通信系统及网络技术作为通信“带宽基石”，同样也是新基建发展的“带宽基石”，渗透到信息化建设方方面面。新基建的本质为科技基础设施，以5G、云和千兆等为试点，通信行业追求更加标准化、低成本、轻量化的技术和模式，在新基建发展过程中积累了一定的成熟经验。当前是光纤通信网络大发展时期，在新基建驱动下光纤通信网络面向互联网、数据中心、新型智慧光网的发展新空间，将有效促进光纤通信产业结构升级，助力国民经济发展，服务人民生活。

关键词： 光纤光学   掺镱石英玻璃   大模场光子晶体光纤   皮秒脉冲激光放大   光纤激光  

摘要： 掺镱大模场光子晶体光纤在高峰值功率超快激光放大器中有着重要的应用价值，其研究得到了广泛关注。首先简要介绍了国内外掺镱大模场光子晶体光纤的研究进展，阐述了掺镱大模场光子晶体光纤的基本设计思路，对比说明了保偏型掺镱光子晶体光纤的设计制备方法。重点介绍了近十年来中国科学院上海光学精密机械研究所在掺镱大模场光子晶体光纤方面的研究进展。包括掺镱大模场光子晶体光纤的纤芯折射率大小和均匀性控制、光子晶体光纤微结构控制等关键技术。采用自主研制的四种芯径为40～100μm的掺镱大模场光子晶体光纤开展了皮秒脉冲激光放大实验。利用40μm芯径的保偏掺镱光子晶体光纤实现了平均功率为100 W、光束质量因子（M2）小于1.4的稳定输出，偏振消光比为12 dB。利用100μm芯径的保偏掺镱大模场光子晶体光纤实现了M2小于1.5的高光束质量脉冲放大。上述研究为掺镱大模场光子晶体光纤的国产化应用奠定了基础。

关键词： 77GHz FMCW雷达   生命体征   非接触   重复运动计数   隐私保密  

摘要： 自新冠肺炎疫情爆发以来,公众对个人健康和生命安全的关注显著提升。这场全球性的疫情危机不仅凸显了维护身体健康的重要性,同时也暴露了全球公共卫生体系在应对大规模流行病时的脆弱性。面对这一挑战,人们开始反思并调整日常生活方式,探索更科学、更有效的健康维护策略和疾病应对措施。 日常生活中进行生命体征检测,有利于人们了解自己的健康状况,检测到的生命体征信息还可以帮助医师进行辅助判断。而现有的生命体征检测设备多为接触式可穿戴设备,检测不便捷,在面对传染性疾病时还存在间接接触传播的风险,且对皮肤有损伤的患者不友好。新冠肺炎疫情的来袭敲响了警钟,非接触式生命体征检测研究再次迎来发展。 除了实时检测生命体征,及时发现健康问题并治疗外,在日常生活中还可以通过健身和体育锻炼来提高自身的抵抗力,做到提前预防各种疾病。而现有的运动健身辅助设备多为接触式可穿戴设备,运动起来并不方便,甚至可能存在安全隐患。运动健身辅助设备需要一种非接触式的检测方案。 为了解决以上问题,本文基于IWR1642毫米波雷达芯片及其相关方案搭建77 GHz调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW)雷达,并基于77 GHz FMCW雷达完成了非接触式呼吸、心跳检测系统的搭建工作,通过实时检测,及时发现健康问题。除此之外,关于运动健身辅助传感器的研究,本文提出了一种基于77 GHz FMCW雷达的非接触式重复运动计数方法。通过科学锻炼提高自身免疫力,维持身体健康,预防疾病的发生。本文的主要研究内容如下: (1)基于IWR1642毫米波雷达芯片及其相关方案搭建了雷达硬件系统。其电路方案主要包括主控及外围模块,电源模块以及数据传输模块三部分。参考各电路方案完成了原理图的绘制,PCB的制作,工程制板方案的选择以及设备外壳的制作。 (2)针对日常生命体征检测的问题,本文完成了非接触式实时呼吸、心跳检测系统的搭建。系统工作流程如下:雷达发射天线发射信号,信号遇物体反弹,接收天线接收回波,将回波与发射信号混频通过滤波器得到中频信号。用模拟数字转换器(Analog to Digital Converter,ADC)对中频信号进行采样,对采样后的信号进行快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)获得目标距离单元;对目标距离单元进行相位提取并对提取的相位进行展开与差分;用带通滤波器从差分后的信号中分离呼吸和心跳信号;对呼吸和心跳信号进行FFT和峰值计数完成呼吸频率及心率的分析计算工作。设计实验将该系统与成熟检测设备的呼吸频率和心率检测结果相比较。实验结果表明:在实验距离范围内该系统可以有效地提取和显示人体呼吸和心跳频率,其中,心率准确率约为96%,呼吸频率准确率约为91%。为非接触式实时测量生命体征提供了一种体积小、功耗低、精度高、灵敏度高的参考方案。 (3)针对非接触式运动健身辅助设备的研究问题,本文研究了一种基于FMCW雷达的非接触式重复运动计数方法。其流程如下:雷达发射天线发射信号,信号遇到物体后反弹。接收天线接收回波,将回波与发射信号混频后通过滤波器,得到中频信号。用ADC对中频信号进行采样,采样后的信号经过3D-FFT得到水平角度变化信号。对水平角度变化信号进行小波包变换(Wavelet Packet Transform,WPT)/变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)后,再进行峰值计数,得到并显示重复运动的次数。通过对不同运动类型进行室内和室外实验,验证两种计数方法的准确性和鲁棒性。其中,WPT组的准确率约为92%,VMD组的准确率约为93%。为运动健身辅助设备提供了新的参考方案。