基于光纤马赫泽德干涉的折射率测量（英文）

为了高精度的检测液体折射率,本文研究了基于模间干涉的马赫泽德光纤折射率传感器。传感器由普通的单模光纤和多模光纤组成,按照单模,多模,单模依次熔接在一起,并将熔接后的光纤进行拉锥处理,最终得到直径为10μm左右的传感头。实验结果表明,液体折射率在1.33到1.35范围内增大时,其透射谱的损耗峰将向长波方向移动。     

纤芯失配的光纤Mach-Zehnder折射率传感器

基于Mach-Zehnder干涉仪原理,利用光纤错位熔接技术设计并制作了一种单模光纤-多模光纤-单模光纤-错位熔接点-单模光纤结构的液体折射率传感器。传感器中的多模光纤和错位连接部分充当光耦合器;多模光纤在后面的单模光纤的纤芯和包层中激发出纤芯模和包层模,不同的模式有不同的模式折射率,经中间单模光纤传输到错位熔接点处时,不同模式光之间将产生光程差,经错位熔接点耦合成为导出光纤的纤芯模从而产生干涉。对该传感器输出的干涉光谱中干涉谷功率随外界溶液折射率变化的规律进行了理论分析和实验研究。结果表明：溶液折射率变化为1.358 9~1.392 2时,干涉谱中1 530 nm附近的干涉谷光功率与溶液折射率呈单调递增关系,可用于折射率的测量;折射率变化为1.372 0~1.392 2时,传感器响应曲线具有很好的线性度,线性拟合系数为0.998,对应的灵敏度为252.06 dB/RIU。该传感器制作简单、结构紧凑、成本低、灵敏度高,可用于生物医学领域液体折射率的实时测量。     

阶跃折射率多模光纤包层等离子体共振传感器

光纤表面等离子体共振(SPR)传感器通常以纤芯为共振基底,需要采用腐蚀、侧抛、研磨等复杂的加工工艺将光纤包层去除,存在倏逝波不易泄露,传感探针制作困难的问题。本文提出一种以光纤包层为SPR共振基底的阶跃折射率多模光纤包层SPR传感器。采用单模光纤与阶跃折射率多模光纤偏芯熔接结构,将单模光纤纤芯中的光直接注入多模光纤包层,并在阶跃折射率多模光纤包层外镀50nm金膜。在探针传感段,光场能量全部分布在阶跃折射率多模光纤包层中,发生SPR效应充分。与传统光纤包层SPR传感结构相比,该传感器能够获得更深的共振谷,折射率测量范围为1.333～1.385RIU时,传感器的平均灵敏度可达2 307nm/RIU,本文亦对传感段多模光纤纤芯直径与长度不同参数的影响进行了探究。本文提出的阶跃折射率多模光纤包层SPR传感器制作简单,有效解决了光纤包层与空气界面不易获得倏逝波的问题。     

基于SMS光纤结构高灵敏度应力测试与分析

SMS传感器结构简单、成本低廉、易于铺设,被广泛的应用于弯曲、位移、温度、应变、折射率等参量的测量,近年来成为研究的热点.本论文利用大芯径多模光纤制作SMS结构以实现高灵敏度的光纤传感结构.首先,将纤芯/包层直径为105/125微米的多模光纤通过单模光纤接入光纤系统,实现SMS光纤结构,通过对多模光纤进行偏轴熔接的手段制作SMS器件结构;然后对单模-多模-单模光纤结构的模式干涉效应和光谱响应特性进行理论分析;最后,借助宽谱光源和光谱分析仪测试了单模-多模-单模光纤结构随应力变化的透射光谱特性,通过对波峰随着应力改变而发生变化的曲线的观察,计算出其灵敏度,发现实验值与理论值基本吻合.     

基于SMS光纤结构高灵敏度应力测试与分析（英文）

SMS传感器结构简单、成本低廉、易于铺设,被广泛的应用于弯曲、位移、温度、应变、折射率等参量的测量,近年来成为研究的热点。本论文利用大芯径多模光纤制作SMS结构以实现高灵敏度的光纤传感结构。首先,将纤芯/包层直径为105/125微米的多模光纤通过单模光纤接入光纤系统,实现SMS光纤结构,通过对多模光纤进行偏轴熔接的手段制作SMS器件结构;然后对单模-多模-单模光纤结构的模式干涉效应和光谱响应特性进行理论分析;最后,借助宽谱光源和光谱分析仪测试了单模-多模-单模光纤结构随应力变化的透射光谱特性,通过对波峰随着应力改变而发生变化的曲线的观察,计算出其灵敏度,发现实验值与理论值基本吻合。     

端面腐蚀的双法布里-珀罗光纤温度传感器

针对环境测温,特别是在复杂环境中温度传感器的小体积、低成本、抗干扰以及高灵敏度的要求,提出了基于端面腐蚀的双法布里-珀罗光纤温度传感探头。以长为2cm的光子晶体光纤作为第一个F-P腔体,在它的一个端面熔接普通单模光纤,熔接面形成第一个反射镜面;然后,在它另一个端面熔接多模光纤,熔接面形成第二个反射镜面;最后,以多模光纤作为第二个F-P腔体,并用氢氟酸将其刻蚀成探针结构,同时在腔体末端形成了第三个反射镜面。以此复合结构作为传感探头,结合多光束干涉的传感原理,构造了双F-P结构的波长调制型传感器,并搭建了温度传感测试系统。测试结果表明:在28～81℃内,随着温度增加,该传感器的反射光谱波长逐渐红移,温度与波长偏移量的线性相关系数高达0.998 37;该传感器传感性能良好,灵敏度达64.6pm/℃。该传感器在复杂环境中对小范围温度测量具有潜在的应用价值。     

基于多模-单模-多模结构和光纤布拉格光栅同时测量温度和折射率

利用单模光纤(SMF)中的包层模与纤芯导模之间的干涉,提出了一种基于多模-单模-多模(MSM)结构与布拉格光栅(FBG)级联可同时测量温度和折射率的传感器.基于MSM结构的干涉谱和FBG的透射峰对温度和折射率具有不同响应灵敏度的特点,利用敏感矩阵实现了对温度和折射率的同时测量.实验测得MSM结构和FBG的温度灵敏度分别为0.055 2 nm/℃和0.015 8 nm/℃,MSM结构的折射率灵敏度为109.702 nm/RIU,而FBG对折射率变化不敏感.温度和折射率的测量精度分别为士0.32℃和士0.002 3.实验显示提出的MSM结构的温度灵敏度比单模-多模-单模(SMS)结构传感器提高了5倍,同时由于SMF中的包层模对外界环境的变化较敏感,该MSM结构也可应用于其他传感领域.     

双芯光纤马赫-曾德尔干涉仪的温度特性

对适用于温度传感的双芯光纤马赫-曾德尔干涉仪进行了研究,并通过将一根单模双芯光纤熔接在两根单模光纤之间,制得了双芯光纤马赫-曾德尔干涉仪型梳状滤波器.用干涉原理分别分析了该器件传输谱的自由空间谱宽与波长、双芯光纤的长度和两纤芯间的有效折射率差的关系,实验检测了它的温度特性.结果显示,随着温度的升高,该器件的传输谱发生红...     

反射式光纤束探头理论建模和仿真实现

在分析光路和单光纤对理论建模的基础上,建立了光纤束理论模型,并对模型进行了仿真分析.针对强度调制型光纤传感器光源单模尾纤输出以及检测条件,设计实现了一根多模光纤发送,6根多模光纤接收的反射式光纤束探头,光纤束探头把光源的光分成两路,一路作为检测光路,另一路作为参考光路,在强度调制型光纤传感器的测量中取得了良好的效果.     

耦合型单模光纤传感器用于振动测量研究

讨论了一种以单模光纤耦合器的熔融区为敏感单元的耦合型单模光纤传感器。分析了该传感器的敏感机理,依据单模光纤耦合器耦合输出与耦合区长度和折射率的函数关系,提出该种传感器可实现振动测量。搭建了基于等强度悬臂梁的振动检测系统,通过与压电振动传感器的对比测试表明该传感器可更好地实现振动信号的测量,并分析了其振动响应特性。实验证明耦合型单模光纤传感器可以用于振动信号的测量。     

光纤传感器埋入沥青路面基体的应变传递误差

介绍了光纤传感涉及的应变传递理论,基于该理论建立了基体和感知光纤应变的定量关系,以消除应变传递误差,提高测试精度。针对埋入式光纤传感器用于高黏度的柔性沥青路面基体的最普遍形态,建立了含感知光纤、封装层和基体的典型三层力学模型。采用Goodman假设描述层间剪应力关系,引入傅里叶级数法求解微分方程,建立了基体和感知光纤的平均应变传递关系。通过室内试验论证了推导的应变传递理论公式的有效性,并对影响平均应变传递效率的几何参数和材料参数进行了灵敏度分析。分析结果表明:光纤粘贴长度越长,光纤和封装层的层间黏结越紧密,平均应变传递系数越大,应变传递效果越好。本文的研究可广泛用于埋入式光纤传感器的应变传递误差修正及封装设计。     

应用于定位的光纤振动传感技术的发展现状

利用光纤作为传感器提取沿途振动信号,通过对检测信号的处理和分析,可有效地检测和定位发生的故障或入侵行为等。分布式光纤振动传感器利用光波在光纤中传输时相位、偏振等对振动的敏感特性,连续实时地监测光纤附近的振动,并能够定位预防事故,有较好的应用前景。根据传感原理,分布式光纤振动传感技术可分为基于干涉原理和基于后向散射探测技术两类。该文主要从以上两个方面综述分布式振动传感器的主要技术和发展动态。     

光纤流量非浸入式测试系统

提出了一种基于湍流振动原理的非浸入式流量测量方法。该方法通过在油管外壁缠绕特定长度的传感光纤,并在传感光纤两端焊接光纤光栅组成光纤流量传感单元。由于流体流过管壁时湍流产生动态压力,动态压力会导致缠绕在管壁上的传感光纤相位发生变化;通过光纤干涉仪技术、时分复用技术及相位载波调制解调技术解调出相位信息,即可实现流量的在线监测。实验数据分析显示,得到的相位变化与流速呈二次曲线关系,设计的实验系统可实现5~50m3/h流量的实时在线测量。由于采用光纤作为传感器感知流量信号,该方法结构简单可靠,灵敏度高,避免了传感光纤流量计需要浸入流场的缺陷,是井下流量测试的理想方法。     

多模光纤在本地网的应用

阐述了光纤结构、种类、带宽的概念及光纤通信技术发展现状，着重分析了多模光纤在本地网中的应用及优势，同时结合实际说明了多模光纤使用的选择。     

侧边抛膜光纤传输特性的研究

本文通过实验的方法了解侧边抛磨光纤的传输性能,深度研究了不同抛磨深度、不同抛膜长度的侧边抛磨光纤,测量了不同抛磨深度光纤存在着波长相关损耗.本文利用轮式侧边抛磨法制作侧边抛磨光纤,具有插入损耗较低、成本低廉、可人为控制对倏逝场区域的利用、易于系统集成等特点.     

基于表面开孔光纤的集成式亚硝酸盐微流荧光传感器

利用中空悬挂芯光纤研制了一种将荧光猝灭反应区建立在空心光纤内部的光纤集成荧光在线微流传感器。利用CO2激光器在光纤表面刻蚀微孔,使得试剂可由微孔注入光纤内部并混合形成稳定的微流。在悬挂芯光纤纤芯倏逝场的激发下,指示剂分子产生荧光,所产生的荧光被耦合到纤芯内部并在出射端被检测。文中利用光纤内部的荧光猝灭反应实验确定了亚硝酸盐溶液的浓度。结果显示:微流可在短时间通过光纤,传感器能以较快的速度检测溶液浓度。另外,当亚硝酸盐溶液的浓度为0.1~2.6mmol/L时,荧光猝灭程度与溶液浓度呈较好的线性关系,结果证明了该集成式光纤内微流控传感器方案用于微量荧光检测的可行性。     

法布里-珀罗型光纤应变干涉仪

光纤传感技术是现代通信的产物,是随着光纤及通信技术的发展而逐步发展起来的一门崭新技术。光在传输过程中,光纤易受到外界环境的影响,如温度、压力等,从而导致传输光的强度、相位、频率、偏振态等光波量发生变化。通过监测这些量的变化可以获得相应的物理量。详细介绍了一种常用的干涉型光纤传感器——法布里-珀罗（F-P）光纤应变干涉仪。     

具有反射率及亮度补偿功能的光纤振动计

介绍了一种结构简单、价格低、带有反射率和亮度补偿的光纤振动计。该光纤式振动计由发光二极管、光纤探头和两个光子探测器组成。光纤探头的光纤束分为三部分：一根发射光纤、第一邻近接收光纤组（组A）、第二邻近接收光纤组（组B）。光纤组A和光纤组B的输出信号平均值的比值取决于光纤探头和被测表面之间的平均距离，而与被测表面的反射率及亮度无关。根据这一比值可以实现探头与被测表面间距离的估计。然后根据光纤组A和B的标定曲线，对振动计的灵敏度进行了补偿。因为在比值运算中使用的是平均值，所以振动频率的提高不会限制这一技术的使用。实验结果表明，这一方法适宜于动态测量，可以实现被测表面反射率、入射亮度及探头与被测表面间平均距离的补偿。     

光纤温度传感器在热加工生产中的应用

介绍蓝宝石光纤高温传感器的基本原理和光信号的处理原理，分析其在热加工过程中的测试方法。