基于空芯光子晶体光纤的F-P干涉式折射率计

提出了一种基于空芯光子晶体光纤(HCPCF)的Fabry-Perot(F-P)干涉式高灵敏度折射率计。利用被测液体进入F-P腔后可改变腔内介质的折射率,从而使得干涉光光程差发生变化这一特点,通过检测光程差的变化就可实现对液体折射率的测量。实验结果表明,对折射率在1.3340～1.3612内变化的不同浓度酒精溶液测量时,光程差变化了9.508μm,其折射率测量灵敏度可达187μm/RI     

基于动态法布里-珀罗腔的光纤光栅温度传感

提出一种动态非本征法布里-珀罗(F-P)腔对波长的解调方法。利用压电陶瓷(PZT)构建的动态非本征F-P腔调制光纤布拉格光栅(FBG)反射光,理论分析得到调制光强随F-P腔的腔长改变呈类余弦变化。经数值模拟,当PZT在正弦电压驱动下,F-P腔调制输出的类余弦信号因FBG波长的变化产生了信号曲线的位移,且位移量与FBG波长的变化量呈线性关系,此关系可用于FBG波长的解调。通过动态F-P腔与光纤光栅构建的温度测量实验系统,对不同温度下的液体进行实验测试,在35℃～80℃温度变化范围内验证了液体温度变化量与类余弦信号的位移量呈线性关系,其线性拟合度达99.5%。     

基于HCPCF的F-P应变传感器的波分频分复用

提出一种基于空芯光子晶体光纤(HCPCF,hollow core photonic crystalfiber)的Fabry-Perot(HCPCF F-P)干涉应变传感器进行大容量的波分频分复用实验。HCPCFF-P应变传感器的干涉腔长度可达cm数量级,并且温度对应变的交叉影响小。优化制作了HCPCFF-P应变传感器,重点研究了6个不同长度干涉腔应变传感器的波分频分复用实验。实验结果表明,复用系统的应变测量精度可达±20με。     

两路微振动信号的光纤F-P腔干涉测量

法布里-珀罗(F-P)腔传感器结构简单,复用能力强,对导致其腔长发生变化的物理量灵敏度高,在超精密测量领域日益受到重视。为了使用一套光纤F-P腔测量两个目标,设计了两路反馈信号光纤F-P腔干涉系统,同时开展两路微振动信号测量。对两路微振动反馈F-P腔干涉信号,经多次取包络分解,得到了高、低频信号频谱,进而计算出待测目标振幅。实验结果表明,通过低频信号恢复待测目标振幅的误差为1.32%,通过高频信号恢复待测目标振幅的误差为6.63%。该方法有效实现了两路反馈光纤F-P腔干涉信号的分离,拓展了测量通道,提高了抗干扰能力。     

光纤F-P传感低相干信号的小波提取研究

研究了Morlet小波在光纤Fabry-Perot(F-P)低相干干涉条纹包络提取方面的应用,给出了Morlet小波尺度的计算公式。对不同信噪比(SNR)下低相干干涉峰值的提取作了仿真计算,并利用实测干涉图作了小波提取实验,验证了Morlet小波处理方法的有效性。实验结果显示,采用Morlet小波处理的低相干干涉解调方法的测量线性度好,线性相关系数为0.999 9。     

全光纤微型珐-珀干涉式高温传感器

通过在单模光纤SMF28e后有轴心偏移地熔接一段特种光子晶体光纤(MM-HNA-5)制作了一种全光纤微型珐-珀(F-P)干涉仪.分析了这种干涉仪的光学原理和形成机理,并利用MM-HNA-5光纤热光系数较大的特点,将这种干涉仪应用于温度测量.实验结果表明:这种干涉传感器可测量的高温范围可达1 200℃,远大于常规传感器的测量范围,且当干涉腔长为3.46 mm 时,其光程差的温度灵敏度约为103 nm/℃,线性度为O.995 7.可以预见:这种结构稳定、体积小、精度高、测温范围广的全光纤F-P干涉温度传感器在国防及民用工业中将具有极大的潜在应用价值.     

利用LD自混合干涉的光纤Fabry-Perot传感器

提出了基于半导体激光器(LD)自混合干涉原理的光纤Fabry-Perot(F-P)传感器。采用F-P腔模型推导出了LD输出功率、频率与外部光纤F-P腔长变化的理论关系式,分析讨论了这种传感器的分辨率、测量范围、线性度、灵敏度等特性。实验结果与理论分析基本吻合。与现有的外腔式F-P干涉光纤传感器相比,LD自混合干涉光纤F-P传感器具有结构简单、紧凑、易准直等优点。     

基于微椭球空气腔的光纤压力传感器的设计

设计了一种新型的在线光纤法布里-珀罗(F-P)压力传感器.该传感器的F-P腔为微椭球空气腔,由光纤熔接机以特定的熔接参数熔接单模光纤和实芯光子晶体光纤而成.该传感器基于F-P干涉原理测量压力,全石英结构,制作工艺简单,温度串扰小.分析了封闭的椭球形空气F-P腔中短轴直径(腔长)与长轴半径(敏感膜有效半径)的关系;利用高斯光束传输理论分析了空气F-P腔形状与腔内损耗的关系.分析了SiO2敏感膜受压后中心挠度与膜厚、有效半径的关系.建立了SiO2膜的压力敏感特性模型,在施加均布载荷条件下对模型的挠度形变特性进行了数值解析和有限元仿真.仿真了传感器F-P干涉条纹波谷波长与压力的关系,为设计制作光纤微压传感器提供了理论依据.     

F-P光纤压力传感器的温度特性研究

设计并制作了Fabry-Perot(F-P)干涉型光纤传感器.根据传感器的制作工艺和原理,分析了减小温度系数的方法:设计适当的初始腔长、采用开放腔以及控制光纤与石英套管的粘接方式,都可以有效地控制温度对传感器的影响,以适应传感器在不同场合的应用.对所述方法进行了相应的实验验证,结果表明实验数据与理论分析一致.     

基于光纤内双开口F-P干涉腔的折射率传感器

为了实现高灵敏度液体折射率传感器的高效制备,采用飞秒激光直写技术,在光纤末端刻蚀出矩形凹槽,辅以光纤熔接方法,制备出一种基于光纤内双开口法布里-珀罗(F-P)干涉腔的折射率传感器。该传感器的液体折射率传感灵敏度达到1107.76nm/RIU。讨论了温度对该传感器性能的影响,温度串扰小于0.0025nm/℃;基于海水含盐浓度与折射率的线性关系,探讨了该传感器在海水含盐浓度传感测量方面的应用,灵敏度为0.171nm/(mgmL-1)。结果表明,基于光纤内双开口F-P干涉腔的折射率传感器具有干涉谱对比度高、线性响应良好、灵敏度高、不易受温度串扰、结构紧凑、制备简单高效等优点,在生物、医疗、化学、环境等领域中有着广泛的应用前景。     

空芯光纤多模干涉型光纤液位传感技术研究

为了测量液位高度变化,采用基于空芯光纤多模干涉效应的方法,研究了在外界介质影响下光源在空芯光纤中多模干涉所产生的干涉谱的变化,进行了基于空芯光纤中多模干涉效应的液位传感实验,研究了该液位传感器的干涉谱与液位变化的关系以及不同折射率液体对测量结果的影响,并分析了实验误差。结果表明,该光纤液位传感器的液位测量范围为0mm~55mm、液体折射率为1.33和1.35时,液位测量灵敏度分别为0.180nm/mm和0.224nm/mm。使用单模-空芯-单模结构的传感器进行液位变化测量是较为精准与可行的。     

光纤干涉法测量液体折射率随温度变化率

待测液体充入空心石英光纤中,构成多模光纤。采用双光纤干涉方法,测量了液体折射率随温度变化率,获得了较高的测量精度。     

基于双波长解调的光纤干涉型传声器研究

提出了一种基于双波长解调的光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot,FP)干涉型传声器,采用归一化算法和微分交叉相乘处理(DCM)算法,实现了声信号的准确还原.在归一化算法中,利用椭圆拟合,实现了两路波长光信号的归一化,减小了激光器输出波动对光纤FP干涉型传声器输出特性的影响;在DCM算法中,通过信号处理及滤波,实现了声信号的准确输出,减小了温度等环境因素对光纤FP干涉型传声器输出特性的影响.在实验中,采用对比法,测试了基于双波长解调的光纤FP干涉型传声器的特性,结果显示器件实现了灵敏度为210 mV/Pa、频率响应为100～3 15 0 H z的声信号测量,能够很好地应用于语音识别、噪声测量、空气声探测等领域.     

光纤传感器在液体参量测量中的应用

介绍了一种利用锥形光纤探头测量液体参量的新方法,并且对不同探测条件下的灵敏度作出了比较。在标准的纤芯-包层-涂敷层传感光纤的光线泄漏区,液体通过压力管口被喷射到光纤上作为涂敷层。液滴由压力管口自动喷射出来,通过改变气体压力以及液体密度、黏度、表面张力等物理参量,就可以控制液滴的直径、折射率等参量。在光线泄漏区,传感光纤包层模式功率随着液体参量的改变而改变,从而锥形光纤探头探测到的输出功率也随之改变。实验以橄榄油、甘油、松节油为测量对象,解决了油类液体参量测量难度大的问题,测量灵敏度可以达到折射率每变化0.01,功率改变2~4 dB。该方法与以往所做的对沿光纤传播的包层模式功率的损失特性的简单分析对比,测量结果与理论曲线十分相符。     

一种新型光纤传感器的应用研究

光纤传感技术以其一系列的优势而倍受人们广泛关注．在本文中，基于迈克尔孙干涉的原理，介绍了一种新颖的光纤传感器；描述了应用该传感系统对液体表面张力进行非接触测量．实验结果比传统测量方法精度大大提高．该传感系统结构简单、抗干扰能力强，测量精度高．文中介绍的测量方法克服了传统测量方法的缺陷，提高了测试精度，拓宽了光纤传感技术的应用范围。     

Self-calibrated interferometric-intensity-based optical fibersensors

This paper presents self-calibrated interferometric-intensity-based optical fiber sensors, which combine for the first time fiber interferometry and intensity-based devices into a single sensor system. The sensor involves an extrinsic Fabry-Perot (FP) interferometric cavity. The broadband light returned from the FP cavity is split into two channels in such a way that one channel has a coherence length much longer than the doubled air-gap separation in the sensor so the FP generates effective interference, while the coherence length in the other channel is so short that no effective interference takes place. As a result, the optical signal in the channel with a long coherence length yields information about the FP cavity length while the signal in the other channel is proportional only to the source power, fiber attenuation, and other optical loss factors in the optical path. To eliminate fringe direction ambiguity and relative measurement limitations associated with interferometric sensors, the sensor is designed such that it is operated over the linear range between a valley and a peak of one interference fringe in the first channel. Moreover, the ratiometric signal-processing method is applied for the signals in the two channels to obtain self-calibrating measurement to compensate for all unwanted factors, including source power variations and fiber bending losses. Various pressure and temperature sensors based on the self-calibrated interferometric/intensity-based scheme are designed, fabricated, and tested. Experimental results show that a resolution as high as 0.02% of full scale can be obtained for both the pressure and temperature measurements     

基于激光诱导荧光的环状流液膜流速测量与分析

在对传统方法测量和分析液膜特性的基础上,采用激光诱导荧光方法和互相关测量技术,对竖直管道中的液膜流速进行光学测量和分析。基于高速摄影获取气液环状流中液膜图像,采用数字图像处理技术对液膜流动图像进行处理,得到液膜厚度在空间上的分布函数变化曲线,对间隔固定帧频的液膜图像进行互相关处理,进而采用抛物线拟合,有效提高了互相关极值的测量精度。实验结果表明,本文方法非接触、适用面广,可以有效检测环状流中液膜"破断"现象,并准确测量液膜流速参数。     

基于空心光纤多模干涉的折射率传感器研究

基于空心光纤(HF)多模干涉原理提出一种新颖光纤折射率传感器,实现了对环境溶液折射率的测量。这种光纤折射率传感器不仅制作简单、成本低廉,而且为波长编码、抗干扰性好。实验表明,这种光纤折射率传感器其有效传感范围为1.333～1.450,并且当溶液折射率小于1.40时,特征波长与折射率近似呈线性关系,灵敏度为88.07 nm。针对相同折射率不同溶质的溶液,传感器出射光谱能量差异表明,该结构的光纤传感器在物质检测方面有着潜在的应用。     

用激光光镊测量液体微区的粘滞系数

为了实现对样品溶液粘滞系数的精确、实时和无损测量,利用激光光镊中的光致旋转原理,提出了一种改进的理论和实验方法。首先对样品溶液的粘滞系数随探针粒子半径的变化关系进行了数值模拟,然后通过光镊实验装置测量并计算出具体的探针转动频率和液体粘滞系数值。结果表明,探针半径为2.0m时得到的溶液粘滞系数误差最小,并且测量了不同温度下密封的纯净水和乙醇溶液的粘滞系数,实际偏差均小于7%,验证了本方法的有效性。该方法具有相当高的测量精度和无接触的特点,尤其是在测量粘滞系数较小、易挥发且有害性的溶液方面具有明显优势。