基于多频光电振荡的高分辨率快响应海洋温盐深传感技术研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61901429
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0121.微波光子学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Temperature, salinity and depth (conductivity, temperature and depth, CTD) are the three important static factors of seawater, which is an important basis for studying marine phenomena, developing and utilizing marine resources, and monitoring the changes of marine environment. This project will creatively combine microwave photonics technology and optical fiber sensing technology into marine information detection. In the context of high-resolution and high-speed detection requirements for simultaneous measurement of underwater CTD parameters, the parameter optimization of multi-frequency optoelectronic oscillator based on cascaded microwave photonics filters are researched in detailed. And its working mechanism and experimental scheme for marine CTD sensing technology are also proposed and studied in detailed. The dynamic resonance, phase noise, error analysis and sensor model of optoelectronic oscillator are established. The different types of FBG F-P filter with high finesse and narrow bandwidth characteristics is developed and encapsulated. The multi-parameter sensing characteristics and action mechanism of cascaded microwave photonics filters are also researched. Combined with the digital signal processor technology and optoelectronic oscillator based on cascaded microwave photonics filter, the experimental system for marine CTD sensing with the characteristics of high-resolution, high-speed, high signal-to-noise ratio, and simultaneous measurement for multi-parameter will be realized. The CTD simultaneous and continuous observation experiment of seawater is carry out by the proposed sensing system. This project research will provide very important references for CTD sensor with high-resolution, high-speed, and multi-parameter simultaneous measurement in ocean observation network, underwater glider and intelligent buoys.
温度、盐度和深度是海水的三大静态要素,是研究海洋现象、开发与利用海洋资源以及监测海洋环境变化的重要依据。针对水下温盐深高分辨率、快响应、多参量同时探测的需求,本课题拟创新性地将微波光子技术和光纤传感技术交叉融合到海洋信息探测上,系统深入地研究基于级联结构微波光子滤波器的多频光电振荡器结构参数优化,及其应用于海洋温盐深多参量同时测量的工作机理和实验方案。建立光电振荡器动态谐振、相位噪声、误差分析和传感模型;制备与封装不同类型高精细度、窄带宽的光纤光栅F-P滤波器件,研究级联结构多参量传感特性和作用机制;将滤波器嵌入光电振荡环结合数字信号频率解调技术,实现具有高分辨率、快速响应、高信噪比以及多参量同时测量的海洋温盐深传感实验系统,并演示系统在海水温盐深同时连续观测中的应用。本项目的研究将为海洋观测网、水下机器人以及智能浮标中高分辨率快响应温盐深同时测量传感器的发展提供重要参考。

结项摘要

针对海洋温度、盐度和深度等水文环境要素特征分布及变化规律开展原位、实时、高效、连续、精确的融合观测,对研究海洋现象、预测及改变未来海洋生态环境演变趋势具有重大意义。本研究将微波光子技术和光纤传感技术交叉融合到海洋信息探测上,系统深入地研究海洋温盐深等多参量同时测量的工作机理和实验方案。建立光电振荡器动态谐振、相位噪声、误差分析和传感模型;利用耦合模理论和传输矩阵法仿真分析了光纤光栅参数、干涉仪参数、光纤参数对不同类型光纤光栅和光纤干涉仪滤波器光谱特性和滤波特性影响,通过相位掩模、紫外曝光和移动扫描的刻写方法和熔融拉锥、化学腐蚀等灵活设计制作出分别对温度、压力、折射率等参数敏感且同时具有窄带滤波特性的不同类型光纤光栅和光纤干涉仪滤波器,并进行敏化和适应性封装制备,研究了级联结构多参量传感特性和作用机制。1)研制了一种由单模光纤-光子晶体光纤-无芯光纤-光子晶体光纤-单模光纤-保偏光纤光栅组成的紧凑型光纤传感器,实现了水下盐度、温度和应力的同时在线监测,具备良好的线性度和可重复性;2)设计了一种基于微波光子的毫米级海水皮表温剖面探测仪,实现0.8mm-100mm空间分辨率的海水皮表温度测量;3)设计研制了一种基于悬臂梁结构和差分光纤光栅的矢量流速传感器,实现了水下二维流速精确探测;4)设计研制了一种温度标定的水下酸碱度传感系统,通过聚乙烯醇/氧化石墨烯涂覆锥形双芯光子晶体光纤干涉仪实现水下酸碱度的高精度测量;5)设计搭建了一种基于PMFBG滤波器的微波光子温盐传感系统。采用马赫增德尔强度调制器、基于色散光纤和单模光纤的非平衡干涉仪、光电探测器、矢网分析仪构建微波光子传感系统环路,完成了温度和盐度的快速高精度测量;6)设计制备了基于光电振荡器的电流和磁场传感器,实验得到磁场灵敏度为1.33 MHz/mT,电场灵敏度152.5kHz/A。本项目研究将为海洋观测网、水下机器人以及智能浮标中高分辨率快响应多参量同时测量传感器的发展提供重要参考。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Tunable and switchable dual-wavelength SLM narrow-linewidth fiber laser with cascaded passive double-ring cavity narrowband filters
具有级联无源双环腔窄带滤波器的可调谐和可切换双波长 SLM 窄线宽光纤激光器
  • DOI:
    10.1016/j.infrared.2023.104606
  • 发表时间:
    2023-02
  • 期刊:
    Infrared Physics and Technology
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Mingquan Gao;Bin Yin;Yanzhi Lv;Xingyu Liu;Guofeng Sang;Benran Hou;Haisu Li;Muguang Wang;Songhua Wu
  • 通讯作者:
    Songhua Wu
Temperature-Insensitive Magnetic Field Sensor Based on an Optoelectronic Oscillator Merging a Mach-Zehnder Interferometer
基于光电振荡器与马赫曾德尔干涉仪的温度不敏感磁场传感器
  • DOI:
    10.1109/jsen.2020.2973515
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    IEEE Sensors Journal
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Zhang Naihan;Wang Muguang;Wu Beilei;Han Mengyao;Yin Bin;Cao Jihong;Wang Chuncan
  • 通讯作者:
    Wang Chuncan
High sensitivity demodulation of a reflective interferometer-based optical current sensor using an optoelectronic oscillator
使用光电振荡器对基于反射干涉仪的光学电流传感器进行高灵敏度解调
  • DOI:
    10.1364/ol.401279
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Optics Letters
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Wang Muguang;Zhang Naihan;Huang Xiaodi;Yin Bin;Mu Hongqian;Han Mengyao;Chen Desheng
  • 通讯作者:
    Chen Desheng
Differential Fiber Grating Vector Flow Velocity Sensor Based on Strain Amplifying Cantilever Beam Structure
基于应变放大悬臂梁结构的差分光纤光栅矢量流速传感器
  • DOI:
    10.1109/jsen.2022.3216727
  • 发表时间:
    2022-12
  • 期刊:
    IEEE Sensors Journal
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Benran Hou;Bin Yin;Muguang Wang;Guofeng Sang;Lili Yan;Haisu Li;Ran Yan;Songhua Wu
  • 通讯作者:
    Songhua Wu
Temperature self-calibrated pH sensor based on GO/PVA-coated MZI cascading FBG
基于GO/PVA涂层MZI级联FBG的温度自校准pH传感器
  • DOI:
    10.1364/oe.421782
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Yan Ran;Sang Guofeng;Yin Bin;Wu Songhua;Wang Muguang;Hou Benran;Gao Mingquan;Chen Rong;Yu Han
  • 通讯作者:
    Yu Han

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其他文献

电渣重熔过程中熔渣成分变化的研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    材料与冶金学报
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  • 作者:
    吴少鹏;李万明;尹彬
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    尹彬
非线性反演的贝叶斯方法研究综述
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  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
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  • 作者:
    尹彬;胡祥云
  • 通讯作者:
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基于并行回火技术优化的大地电磁数据贝叶斯变维反演
  • DOI:
    10.13810/j.cnki.issn.1000-7210.2016.06.022
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
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  • 作者:
    尹彬;胡祥云
  • 通讯作者:
    胡祥云
烟道气预防采空区自燃的数值模拟及参数确定
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    2015
  • 期刊:
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  • 作者:
    贾宝山;尹彬;张卫亮;韩光
  • 通讯作者:
    韩光
Inconel718高温合金电渣重熔铝钛元素烧损热力学分析
  • DOI:
    10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180378
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    钢铁
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    尹彬;李万明;吴少鹏;臧喜民;于昊岑
  • 通讯作者:
    于昊岑

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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