光纤布拉格光栅传感器实现应力测量的最新进展

本文阐述了光纤布拉格光栅的特性及其在智能结构中的重要应用。针对这一应用 ,首先简要介绍了光纤布拉格光栅测量应力的原理 ,然后着重介绍了光纤布拉格光栅测量应力的最新进展。这些新的方法分别使光纤布拉格光栅在测量范围、测量精度、多路复用及实用性方面得到了提高或改进。光纤布拉格光栅要达到实际应用仍需对其作进一步的研究 ,以提高其工作寿命 ,找到简便易行的埋入方法 ,并实现信号的高精度、大动态范围的检测等。     

基于F-P腔滤波器的FBG温度传感器解调技术

近些年来,光纤光栅传感器成了传感领域的研究热点.对高精度的波长编码信号解调是实现光纤光栅传感的关键技术.介绍了光纤布拉格光栅(FBG)传感器的工作原理,同时对F-P腔滤波器的工作原理进行了分析,阐述了光纤光栅传感器解调技术的发展趋势,并提出了光纤光栅传感器解调技术需要解决的技术问题.     

光纤光栅传感信号解调方法的研究

光纤光栅编码信号解调是实现光纤光栅传感器实用化的关键技术之一。简单介绍了光纤布拉格光栅传感器的工作原理,并从波长转化量分类角度对光纤光栅的几种解调方法进行了分析比较。     

高灵敏度加速度抵消型分布反馈有源光纤光栅水听器研究

研究了高灵敏度抗加速度型分布反馈(DFB)有源光纤光栅水听器。采用λ/4相移型掺铒光纤光栅构成DFB激光器,输出窄线宽激光,利用弹性膜片增敏方法封装有源光纤布拉格光栅,构成了高灵敏度有源光纤光栅水听器,并以两边对称的弹性膜片构成封装结构来抵消轴向加速度干扰,提高水听器在运动情况下的检测能力,并通过对结构的优化大大提高了光纤光栅水听器的耐静水压能力。研究结果表明水听器在100～1000Hz频率范围内声-相位灵敏度达到-132.7±0.7dB(0dB=1rad/μPa),加速度灵敏度可做到-20dB(0dB=1rad/g)以下,耐静水压可达2MPa。     

光纤光栅紫铜片封装结构及温度敏感特性研究

研究了光纤布拉格光栅的封装及其布设工艺,以及封装后的传感理论,提出并实现了一种光纤布拉格光栅的封装工艺,即用导热性能良好的紫铜片对光纤布拉格光栅进行封装,这种封装结构简单小巧.通过实验对裸光栅和封装后光纤布拉格光栅的温度传感特性进行了研究.研究表明:经过紫铜片封装的光纤布拉格光栅,其温度灵敏系数比裸光纤光栅的提高了2.94倍,有助于提高解调设备的温度分辨率,可以探测到0.03℃的温度变化,且重复性好;该封装结构利用了紫铜的耐腐蚀性,适用于分布式传感网络,便于工程应用.     

基于FBG对的低加速度灵敏度拖曳声纳阵水听器

拖曳声纳阵列要求水听器在进行变速运动时不影响对水声压力信号的正常探测,这就要求水听器具有很高的抗加速度能力.为此介绍一种利用光纤光栅设计制造的对加速度不敏感而对水声压力信号具有高灵敏度的光纤水听器的实验研究结果.研制的光纤水听器声压灵敏度约为-140 dBrad/μPa,在25～6 300 Hz频率范围内具有平坦的声压...     

基于扫描激光器和光放大的100 km光纤布拉格光栅传感系统

提出了对基于扫描激光器的光纤布拉格光栅(FBG)传感系统进行掺铒光纤(EDF)/双波拉曼混合放大的方法,大幅度提高了该光纤布拉格光栅传感系统的传输距离。该方法以高功率扫描激光器作为光源,采用双波长拉曼放大的方法对信号进行低噪声双向放大,再利用系统中间的两段掺铒光纤,将剩余的拉曼抽运功率用来产生自发辐射光和放大传感信号,使得整个系统能在超长的传感距离上获得良好的信噪比(SNR)。实验表明使用一台扫描激光传感分析仪、一只170mW的拉曼抽运和一只2W的拉曼抽运,可以使传感距离达到100km以上,并且传感系统的光纤布拉格光栅反射信号均能获得超过7dB的良好信噪比,从而实现在超长距离上的光纤布拉格光栅传感。     

光栅色散渐减和损耗对布拉格孤子传输的影响

运用有限差分法数值模拟了布拉格孤子在光纤光栅中的传输,计算和分析了光栅色散与光栅损耗对布拉格孤子传输的影响.结果表明,光栅色散渐减使脉冲的峰值增大,光栅损耗使脉冲展宽,两者对布拉格孤子在光纤光栅中的传输具有互补性,即两者对布拉格孤子的传输作用相反.在一定的情况下,两者使布拉格孤子在光纤光栅中稳定地传输.     

双光纤布拉格光栅波长锁定器的设计与制备

运用耦合模理论推导了双光纤布拉格光栅的透射率和反射率的解析表达式,利用相关表达式计算和分析了双光纤布拉格光栅的反射特性,并与单光纤布拉格光栅作了比较.讨论了双光纤布拉格光栅反射特性与光栅间距、光栅长度和折射率微扰最大值之间的关系,为双光纤布拉格光栅波长锁定器的设计与制备提供了理论依据.最终获得双光纤布拉格光栅的结构和特性参数,并与实测的数据进行比较,结果表明两者较为一致.     

相位独立可调的基于双阵列光纤布拉格光栅的任意波形光脉冲发生器的设计

提出了相位独立可调的基于双阵列光纤布拉格光栅的任意波形光脉冲发生器,该发生器包括幅度控制器和相位控制器两部分。幅度控制器和相位控制器中的可调节元件是光纤布拉格光栅阵列。光纤布拉格光栅阵列由光纤布拉格光栅和光纤拉伸器间隔排列构成。只调节结构中的光纤拉伸器,就可控制输出信号的各个谱线的幅度和相位,从而产生任意波形的光脉冲。相位控制器中的光纤拉伸器的调节不会影响该结构对输出信号各个谱线幅度的控制,幅度控制器中的光纤拉伸器的调节会影响输出信号的各个谱线的相位,因此幅度控制器的调节要优先于相位控制器。     

FBG Hydrophone: Theory and Experiment

A fiber Bragg grating (FBG) hydrophone with enhanced sensitivity is demonstrated. A novel piston-like diaphragm with a hard core fixed at the center is used as the sensing element. Theoretical analysis shows that the Young’s modulus of the diaphragm and the radius of the hard core have significant effect on the pressure sensitivity. Experiments are carried out to test this effect and the performance of the hydrophone. The static measure- ment result is in good agreement with the theoretical result and an ac...     

一种电容式声压水听器的热粘性声学仿真研究

为了满足多领域中水下复杂环境声压检测的需要,提出了一种基于微机电系统(MEMS)的电容式声压水听器,开发出注油孔及注油沟道设计,将传感器封装于硅油中,通过平衡振动薄膜内外压强可以提高其耐受静水压能力。使用Comsol Multiphysics仿真软件对水听器建模,采取热粘性声-结构多物理场对传感器进行静态分析、模态分析及谐波声信号扰动下的灵敏度分析,在用有限元法分析模型时考虑了热效应与粘滞效应对小尺寸声学换能器的影响,使仿真结果更具说服力。得到了在幅值为10 Pa,频率在1 Hz～10 kHz的谐波声信号扰动下水听器的接收灵敏度为-147 dB。仿真结果表明,设计的电容式声压水听器据有高灵敏度和宽频带等特点,可以满足不同领域对水下低频声压信号的测量需求。     

光纤激光器相干合成系统中组束误差对远场光场的影响

对光纤激光器相干合成系统中组束误差对远场光场分布的影响进行了数值研究,分析了输出单元占空比、位置误差和平行度误差对远场光场分布的影响。结果表明,输出单元占空比的增加只能提高中心光斑的能量,但无法改变中心光斑的平均光强;而位置误差会使远场光场中的旁瓣能量减弱,降低光纤激光器相干合成系统的转换效率。分析发现,位置误差的这种影响可以通过增加输出单元的占空比来减弱。最后,通过分析平行度误差对远场光场的影响,对光纤激光器相干合成系统中的平行度误差控制提出了建议。     

High Sensitivity FBG Pressure Sensor Based on Mechanical Amplifier and Interrogation Using Tunable FBG Filter

A high sensitivity fiber Bragg grating pressure sensor by using mechanical amplifier is demonstrated. The measured pressure sensitivity is -1.80×10 -4 /MPa, which is about two orders of magnitude better than a simple monomode fiber with an in-fiber grating. The resolution of pressure measurement is 0.015 MPa based on interrogation using tunable fiber grating filter.     

压差式光纤矢量水听器声压相位灵敏度研究

该文介绍了压差式光纤矢量水听器及其基元的工作原理,并分析了光纤层等效处理对仿真结果的影响。基于有限元法对压差式光纤矢量水听器的基本性能进行了仿真分析,根据仿真模型所选定的参数研制压差式光纤矢量水听器样品,并对样品在频率为20～1 000 Hz时进行了测试。测试结果表明,声压相位灵敏度的仿真计算结果与实验测试结果基本一致,平均差值约为1.0 dB。研究结果表明,采用有限元法对压差式光纤矢量水听器的声压相位灵敏度进行仿真具有可行性。     

不同粘贴方式的光纤光栅压力传感器的研究

理论上分析了光纤光栅的压力传感特性,并采用纵向和横向方式将光纤光栅粘贴在自 行设计、型号为ZXYCO1的平膜片上,并进行了加压和减压的高压实验。实验结果表明:纵向粘贴的光纤光栅压力灵敏度系数比横向粘贴的高几倍,其值分别为87pm /MPa和14pm /MPa左右,其测量精度分别为0. 2% F. S和1% F. S;光纤光栅的中心波长与压力变化有着良好的线性关系、重复性和较高的相关系数,适合于压力测量。     

FBG Hydrophone： Theory and Experimen

A fiber Bragg grating （FBG） hydrophone with enhanced sensitivity is demonstrated. A novel piston-like diaphragm with a hard core fixed at the center is used as the sensing element. Theoretical analysis shows that the Young＇s modulus of the diaphragm and the radius of the hard core have significant effect on the pressure sensitivity. Experiments are carried out to test this effect and the performance of the hydrophone. The static measure- ment result is in good agreement with the theoretical result and an acoustic sensitivity of 7 nm/MPa has been achieved.     

基于膜片的光纤布拉格光栅压力传感器的研究

理论分析了光纤布拉格光栅的压力传感特性,给出了光纤布拉格光栅的中心波长与压力的关系以及压力灵敏度系数的表达式,并将光纤布拉格光栅纵向粘贴在自行设计型号为ZXYC01的平面膜片上进行了压力实验.实验结果表明光纤布拉格光栅压力灵敏度系数46 pm/MPa左右,其测量精度为0.5%F.S,而理论的压力灵敏度系数为51 pm/MPa左右,实验值和理论值基本相符,它们分别是裸光纤布拉格光栅压力灵敏度系数的23和26倍.同时发现光纤布拉格光栅的中心波长与压力变化有着良好的线性关系和很高的相关系数并且迟滞现象较小.     

薄壁圆柱壳体压差式光纤矢量水听器

分析了薄壁圆柱壳体压差式光纤矢量水听器的基本原理.用光纤迈克耳孙干涉法测量水声压差信号,用琼斯矩阵理论分析了干涉系统的偏振衰落原因并用法拉第镜实现偏振补偿.分析了压差判向的声学原理,仿真了余弦指向性曲线.用轴对称问题的准静态弹性力学原理分析了水听器背衬结构模型,得出声压差相移灵敏度的解析式.实验设计并实现了薄壁圆柱壳体压差式光纤矢量水听器样机,其测量的声压相移灵敏度与理论计算结果基本吻合,其指向性测量与计算机仿真分析基本一致.在低频段灵敏度上取得了突破,为低频水声环境应用压差式矢量水听器提供了依据,为小尺寸高灵敏度光纤矢量水听器的研制提供了参考.