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关键词： 七芯光纤   液位传感   强度解调   斜率辅助  

摘要： 光纤模式干涉传感器因其高灵敏度和固有安全性在液位测量中而备受关注。近年来,为达到更高的灵敏度,七芯光纤(Seven core fiber,SCF)作为模式干涉传感器被广泛应用。相较于成本高昂且复杂的波长调制系统,性价比高的强度检测系统更适合实际应用。基于此,本文以SCF为研究对象,以电弧放电技术和锥型熔接技术为手段,制备了基于SCF的马赫曾德干涉仪(Seven core fiber based Mach Zehnderinterferometer,SCF-MZI),对该结构的液位响应的波长调制特性进行研究,并通过斜率辅助的方法实现了强度调制,主要研究内容如下: (1)研究了SCF-MZI结构的传输原理,分析SCF-MZI结构的液位、温度和折射率(Refractive index,RI)的传感原理;利用光束传播法,仿真分析并优化了SCF-MZI结构在变多模光纤参量下的光场能量分布。仿真分析不同SCF长度的光场能量分布,实现了不同长度SCF-MZI结构的制备。 (2)对SCF-MZI结构开展了温度、RI和液位特性测试。在液位特性测试中,得到了其液位灵敏度随SCF长度的增加而减小的结论,当L=3 cm时获得最大液位灵敏度为-44.2 pm/mm。基于电弧放电法,进一步制备了锥形SCF-MZI结构。实验结果表明,当锥径为40μm时,相比于SCF-MZI结构液位灵敏度获得约9倍的提升。 (3)基于斜率辅助原理,通过将SCF-MZI结构级联光栅的方式,实现了强度调制型液位传感器。在液位特性测试中得了0.158 d B/mm的灵敏度。进一步通过级联双光栅的方式,消除透射光谱强度的干扰。实验结果表明,级联双光栅可放大液位灵敏度,在双光栅中心波长距离为FSR的一半时,液位灵敏度最高可达0.574 d B/mm。最后引入可调谐激光器,得到了0.541 d B/mm的液位灵敏度。

关键词： 水管防护帽缺陷检测   深度学习   目标检测   YOLOv7   注意力机制  

摘要： 随着城市基础建设的不断发展,对水管的需求量不断增大,PPR水管因其稳定的性能以及良好的耐热性成为了城市用水的主要材料,被广泛应用于城市的冷热水系统,市政工程的供水排水系统等场景。为了避免水管在使用过程中因为质量缺陷出现漏水造成重大的经济损失,需要对出厂前的水管安装防护帽以防止在运输储存的过程中发生损坏或者污染,而防护帽本身缺陷或者没有正确的安装会导致其防护能力降低或者消失,因此需要在出厂前对水管防护帽进行缺陷检测,但是传统人工检测费时费力,效率低下且恶劣生产条件下不利于检测人员的健康,针对此问题本文设计并实现了基于深度学习的PPR水管防护帽缺陷检测系统。本文主要工作如下。(1)构建PPR水管防护帽缺陷检测数据集。通过搭建实验平台模拟生产环境将生产过程中产生的缺陷样本进行拍摄,并使用数据增强平衡了各个缺陷类别之间的数量,随后对数据进行标注、分割等操作完成了数据集的制作。(2)针对YOLOv7网络模型对正常与倾斜样本区分能力较差的问题,对模型进行了改进优化,首先将网络部分跨步卷积与池化层替换为了SPD-Conv模块,避免了在不断地使用跨步卷积和最大池化操作提取特征降低参数的过程中图片的细粒度信息丢失从而无法提取相似类别关键特征的现象。随后引入了注意力机制增强了模型对检测目标的感兴趣程度,提高了资源的利用率。最后将预测框回归损失函数改为WIo U,平衡了模型对优秀标注样本与较差标注样本的重视度。通过实验对比,改进后模型较原始模型m AP提高7.1%,满足了实际生产中的任务需求。(3)完成了PPR水管防护帽缺陷检测系统的软硬件设计,实现了实时检测、样品计数、缺陷样本保存等功能。提高了企业生产的自动化程度。

关键词： 聚合物   光敏材料   应变传感   力学特性   光栅  

摘要： 利用光敏材料的光固化特性，在两根多模光纤之间通过逐级固化构建了类光栅聚合物长波导结构。采用了Norland光胶粘剂(NOA)作为光聚合体系。首先，在两根排列的光纤之间涂抹了该光胶粘剂，然后使用405 nm激光灯对液滴进行固化，从而在排列的光纤芯之间形成了聚合物通道，在外力作用下使其中一端脱离，重复操作即可得到类光栅结构，在形成的类光栅结构后再次固化一段长波导即完成了类光栅聚合物长波导。对这些波导进行了力学响应的研究。通过改变光栅的尺寸，寻找到了最佳的光栅聚合物长波导。研究结果表明，类光栅聚合物长波导的引入使光传输随着波导间距呈极高线性变化趋势。具体而言，当类光栅聚合物长波导光栅尺寸为5μm,线性度可达到0.99以上，拉应变敏感度为49/με。

摘要： 2013年，国务院提出“宽带中国”战略，到2020年缩小我国与发达国家之间的宽带网络基础设施差距。2020年，我国实现了“光进铜退”的第一次“光改”。在技术发展和政策推动下，2021年，政府工作报告提出加大5G网络和千兆光网建设力度，随后工业和信息化部印发《“双千兆”网络协同发展行动计划（2021—2023年）》，明确未来3年的发展目标。国家发展改革委与工业和信息化部发布的新方案要求在5G、千兆光网等领域布局新型基础设施项目。

关键词： 光纤陀螺仪   光纤耦合器   回波损耗  

摘要： 理论分析显示回波损耗过低严重影响光纤陀螺仪输出的稳定性，为此展开实验研究。首先，根据光纤陀螺仪的组成原理图发现影响回波损耗的主要因素在于光纤耦合器空置端的端面处理，结合光纤陀螺仪的实际装配要求及可靠性，探索光纤耦合器空置端的端面处理最优方法，选择使用熔接无芯光纤代替缠绕小圈的方法构建实验模型。其次，采用对比法以及控制变量法，对标准测试系统相同但光纤耦合器空置端处理方法不同的实验模型进行了光纤陀螺仪的性能指标测试。最后，分析实验结果。实验结果表明：当系统的回波损耗非常低时，会导致光纤陀螺仪输出零位受背向反射光强变化而产生漂移；当增加无芯光纤后，陀螺仪的输出变得稳定，且多次测试的一致性较高，性能指标满足要求，测试效果达到理想状态。

关键词： 全光码型转换   波分-模分复用系统   少模光纤光栅   光学滤波器  

摘要： 随着通信数据的不断增长,为了进一步提高现有光通信网络的系统容量,波分复用（WDM）和模分复用（MDM）相结合的二维复用技术将会是未来的高速大容量光通信网络采用的重要技术之一。未来的波分-模分（WDM-MDM）光通信系统将灵活采用适当的调制格式应对不同的网络使用场景,以进一步提高光通信系统的传输容量,因此在不同场景的网络之间接口处需要全光码型转换器来实现不同调制格式之间的转换。 目前针对WDM-MDM系统全光码型转换的研究尚且缺乏,如何实现多模式、多通道的同步码型转换,是一个亟待研究的问题。基于上述研究背景,研究探讨设计单个少模光纤光栅（FM-FBG）作为全光码型转换器,以实现WDM-MDM系统中不同调制格式之间的全光码型转换。概况全文,主要研究有如下方面: （1）针对WDM-MDM系统场景,提出一种能实现多模式、多通道光信号同步处理的FM-FBG设计方法。根据FM-FBG响应光谱在不同空间模式激发下的特性,提出一种响应光谱错峰对准的光信号同步处理方案,并推导出实现错峰对准的条件,实现LP01与LP11模式的FM-FBG梳状响应光谱反射通道在多个目标波长处重合,达到多模式、多通道光信号同步处理的目的。仿真结果显示,根据所提出的错峰对准方案进行设计FM-FBG,其LP01与LP11模式响应光谱能在多个目标波长处重合,实现对LP01与LP11模式输入信号进行同步光学处理。 （2）研究在WDM-MDM系统中使用FM-FBG实现多模式、多通道的码型转换并进行仿真。根据归零码（RZ）与非归零码（NRZ）之间的频谱差异特点,为FM-FBG设计优化目标响应光谱,结合所提出的响应光谱错峰对准FM-FBG设计方法,设计FM-FBG实现同时对LP01与LP11模式在300GHz信道间隔、40Gbit/s速率下两个信道的RZ码到NRZ码同步码型转换。仿真结果显示,输入的RZ信号通过FM-FBG滤波后能被很好地转换为目标NRZ码型且转换后的码型信号眼图干净和具有较高的Q值（>25d B）。 （3）进一步验证了所提出FM-FBG错峰对准码型转换设计方案通用性。通过减少输入信号信道间隔与增加输入信号信道数量,并根据载波抑制归零码（CSRZ）与NRZ码之间的频谱差异特点,为FM-FBG设计优化目标响应光谱,结合所提出的响应光谱错峰对准FM-FBG设计方法,设计使用FM-FBG实现同时对LP01与LP11模式在200GHz信道间隔、40Gbit/s速率下四个信道的CSRZ码到NRZ码同步码型转换。仿真结果显示,输入信号通过FM-FBG滤波后能被很好地转换为目标码型并转换后的码型信号眼图干净和具有较高的Q值（>14d B）。此外,对所设计的FM-FBG进行了转换后码型质量随中心波长漂移的鲁棒性测试,结果显示在FM-FBG中心波长失谐情况不超过原始设计滤波器响应光谱带宽10%情况下进行滤波,输出码型仍具有较高Q值（>12d B）。

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