应用于折射率检测的光纤表面等离子体波传感器的研究

光纤表面等离子体波传感器具有结构简单、灵敏度高等特点,在机敏结构中具有非常重要的应用前景。运用光纤表面等离子体波来测量折射率是一种简便、灵敏的方法,我们可以利用这一特性制作出通过检测折射率对复合材料进行固化检测的光纤表面等离子体波传感器。本文介绍了光纤表面等离子体波传感器的基本原理及利用这种光纤传感器来测量折射率的初步研究。     

聚合物微腔的探针型光纤法布里-珀罗干涉仪传感器

设计了一种在单模光纤末端涂覆聚二甲基硅氧烷(PDMS)形成聚合物微腔的探针型光纤法布里-珀罗干涉仪传感器(PFFPI),并对其折射率(RI)和温度传感特性进行了研究。其折射率和温度测量分别是基于消光比变化和波长漂移进行的,同时着重对这个器件的与众不同的折射率传感特性进行了理论分析,该理论分析可用于传感器的设计。传感器同时具有比较高的折射率灵敏度和温度灵敏度,在折射率为1.3625~1.4206的范围内折射率灵敏度为-180.359 dB/RIU(RIU表示折射率单元),在温度为25℃~60℃的范围内温度灵敏度为355.28 pm/℃。该传感器具有体积小巧和生物兼容性良好等优点,与传统光纤传感器相比其更具优势的应用就是生化活动的检测,如组织培养等。     

一种用于复合材料固化监测的传感器的研究

光纤表面等离子体波传感器具有结构简单、灵敏度高等特点,它不仅具有理论上的研究价值,而且在工程中的应用前景也十分广阔。运用光纤表面等离子体波来测量折射率是一种简便、灵敏的方法,可以利用这一特性制作出通过检测折射率对复合材料进行固化检测的光纤表面等离子体波传感器。本文研究了利用光纤表面等离子体波传感器对不同折射率的溶液进行测试的方法。设计了一种用于折射测试的光纤传感探头,它性能可靠,使用方便。研制了溶     

基于锥形光纤和球形结构的双参量光纤传感器

本文设计了一款球-细芯-球结构的双参量光纤 传感器,再通过光纤拉锥,对光纤传感 器的折射率和轴向应变特性进行了前后对比,通过实验和理论分析可知,双球结构之间的细芯拉 锥后,对传感器的应变和锥部区域的折射率灵敏度影响较大。该实验结构简单,制作方便, 易于重复。该结构制作的双参量光纤传感器在拉锥后,锥部区域的折射率灵敏度比拉锥前提 高了两倍以上,达到50.53 nm/RIU,而轴向应变灵敏度也比拉锥前提 高了两倍左右,可达到 2.908 pm/με,实验结果基本符合理论推导。     

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。     

细芯锥形光纤构成的温度与折射率同时测量传感器

在工程实际中,具有多参量同时测量功能的光纤传感器有很大的市场需求。为了实现多参量的同时测量,提出了一种“单模—无芯—细芯—无芯—单模”光纤熔接与拉锥的马赫-泽德尔干涉仪传感器。细芯光纤作为传感器的主要传感元件,利用多功能光纤熔接拉锥机对细芯光纤进行了精准拉锥,提高了传感器对环境温度与折射率的敏感度。研究了传感器对环境温度与折射率的传感特性,利用传感器透射谱中2个谐振峰波谷的温度和折射率灵敏度,构建测量矩阵,消除了交叉敏感,完成了温度与折射率的同时测量。实验结果表明：传感器透射谱谐振峰波谷的中心波长随温度变化、折射率变化均有很好的线性关系,最大温度灵敏度达到33.63 pm/℃,最大折射率灵敏度为-135 nm/RIU。该传感器尺寸小、集成度高、结构简单、制作容易、灵敏度高,在工业、国防、民用等领域有一定的应用价值。     

基于单模光纤偏芯结构的光纤折射率传感器研究

基于迈克尔逊(Michelson)干涉仪(MI)原理,结合光纤传感器的特性,设计和实现了一种单模光纤(SMF)偏芯干涉仪结构光纤折射率传感器,并针对蔗糖溶液进行了折射率的测量。实验结果表明:这种传感器的传感范围在1.33～1.39时,特征波长与外界折射率有单调的递减变化关系,蔗糖折射率每变化0.01时,特征波长平均变化约为0.12nm。这种传感器结构简单,灵敏度较高,能够实现液体折射率与浓度变化的在线检测。     

用于测量折射率的光纤迈克尔逊干涉型传感器

提出了一种基于单模光纤-四芯光纤-薄芯光纤(SMF-FCF-TCF)迈克尔逊干涉结构的折射率传感器。采用直接熔接的方式将各光纤进行熔接,由于各光纤之间纤芯的直径不匹配,因此在光纤的熔接处会发生光的激发和耦合。薄芯光纤端面涂覆有一层银面反射膜并用紫外固化胶进行保护来增强光在端面的反射率。四芯光纤作为传感结构中的耦合器,激发了更多的光进入薄芯光纤的包层中,提升了传感器的灵敏度。对传感器的折射率和温度传感特性分别进行了实验探究,实验结果表明,在折射率1.3333~1.3794范围内的灵敏度为137.317 nm/RIU,线性度为0.999,并且温度对传感器的影响较小。该传感结构熔接方式简单,在折射率测量领域具有一定的应用前景。     

基于纤芯失配多模干涉的光纤折射率传感器

基于多模干涉效应的单模-多模-单模(SMS)结构光纤折射率传感器通常需要进行包层腐蚀来提高灵敏度,而且易受环境温度影响。为克服SMS结构的这些不足,提出了一种新型的基于纤芯失配多模干涉的光纤折射率传感器,由单模光纤-色散补偿光纤-单模光纤(SMF-DCF-SMF)级联光纤布拉格光栅(FBG)构成,长度不超过100mm。对其灵敏度、线性范围和温度特性等进行了测试,实验结果显示在测量折射率为1.33～1.39的折射率液时,特征波长与折射率呈线性关系,灵敏度为232.8nm,级联的FBG具有良好的温度校准功能。     

基于多模态双偏置光纤的折射率传感机理研究

提出了一种基于双偏置结构光纤马赫-曾德干涉仪(Mach-Zehnder interferometer,MZI)的超高灵敏度折射率传感器,理论分析了偏置型MZI的干涉机理。通过光束传播法(beam propagation method,BPM)模拟分析了多模态偏置光纤的折射率传感特性、以及在不同偏置长度和折射率 范围内折射率灵敏度的变化,对比了单偏置与双偏置的传感特性。仿真结果表明,在折射率为1.333 0—1.334 0的范围内,单偏置MZI的折射率灵敏度为-5 557 nm/RIU,而双偏置MZI的折射率灵敏度为-14 071 nm/RIU,该结果为实现高灵敏度液体折射率测量提供了重要理论依据。该传感器结构紧凑,整体长度只有1 200 μm,在液体折射率测量领域具有重要的应用价值。     

免疫型光纤倏逝波生物传感器的研究与发展

介绍了基于倏逝波激发的荧光免疫型光纤生物传感器的基本原理，针对其中应用的各种方法进行了分析。基于倏逝波激发的荧光免疫型光纤生物传感器的免疫检测方法、探头发展和系统结构发展．对国内外的最新产品和技术及其应用情况进行了介绍和概述，并结合新技术的出现和系统整体结构的演变趋势对免疫型倏逝波光纤生物传感器的发展进行了展望。     

基于加速度传感的三维光纤矢量水听器实验研究

研制了全光湿端的基于加速度传感的三维光纤矢量水听器，介绍了它的基本结构，测试了加速度灵敏度响应，在水声一级计量站标定了指向性和声压灵敏度，进行了海上试验。实验结果表明，该光纤矢量水听器具有很高的灵敏度、较好的空间指向性和良好的低频响应，并有了初步的海上实用性能。     

光纤倏逝波化学传感器灵敏度特性研究

为了克服传统光纤化学传感器的不足,运用宽光谱分析法设计一种基于倏逝波原理的光纤化学传感器,研究了传感器的几何结构参数,溶液浓度与灵敏度的关系。运用光束传播法(BPM)分析传感器几何结构参数与灵敏度的关系;通过化学腐蚀方法制备出不同参数结构的传感器,并用不同浓度亚甲基蓝溶液对这些传感器进行实验验证。实验结果表明,模拟结果与实验结果相符,溶液浓度越大,传感区纤芯越细、越长,灵敏度越高;文章提出的光纤倏逝波化学传感器在水质检测方面有着潜在的应用。     

一种基于激光加工微型通道的光纤生物传感器

提出一种新型结构的光纤生物传感器。利用的Nd:YAG激光(波长1064nm)在PMMA基片上加工制作合成的微米级的微型通道作为光纤生物传感器的样品检测微流路;利用化学腐蚀的方法在多模光纤上制作具有圆锥表面结构的分子识别探针和荧光接收探针。将分子识别探针、荧光接收探针和样品检测微流路组装成光纤生物传感器。在理论上,分析了荧光接收探针的圆锥形接收面的锥度角与接收到的荧光光线最小入射角之间的函数关系;在实验上,分析了分子识别探针附近的荧光强度与荧光接收探针接收到的荧光强度不同的原因。结果表明,该传感器在理论上和实验上是可行的;荧光接收探针的锥度角和分子识别探针与荧光接收探针的中心能否对准是影响接收到荧光多少的主要因素;同时,在检测溶液的浓度降低时,单个荧光分子的发光变得显著。     

基于光纤微弯的分布式光纤应力传感器

研究了光纤的微弯损耗机理,在此基础上开发了一种用光时域反射仪(OTDR)进行探测的分布式光纤应力传感器。对光纤微弯调制机构和传感器系统进行了设计与实验,分析了系统的灵敏度和空间分辨率的影响因素,实现了空间分辨率为3m,测量范围为1km的测量精度。现场实验表明,采用该传感器能对山体滑坡等事故的发生实现及时准确的灾害预报。     

三分量全保偏光纤加速度传感器的研究

报道了三分量全保偏光纤加速度传感器的实验研究结果。传感器由6个弹性柱体共同支撑1个质量块构成三分量结构,由3个迈克尔逊全保偏光纤干涉仪共用一个光源组成。光学部分采用全保偏光纤干涉仪结构,消除了干涉光束偏振态随机变化引起的信号衰落,采用光频调制相位载波解调信号处理技术,消除了相位随机漂移引起的信号衰落,从而实现了对加速度信号的稳定检测。传感器的工作频带为5~500 Hz,加速度灵敏度达到660 rad/g,系统最小可测相位差为10-5rad,最小可测加速度达1.5×10-7m/s2,工作频带内加速度灵敏度变化小于2 dB。三轴加速度灵敏度和频率响应曲线与理论分析的结果基本一致。     

三维压差式光纤矢量水听器设计与实验

阐述了压差式光纤矢量水听器的基本原理,分析了基元灵敏度及间距对其声压灵敏度的影响,进行了三维压差式光纤矢量水听器探头结构设计,研制了二维压差式光纤矢量水听器样品,并进行了性能指标测试。测试结果表明,在20~1 000Hz频段内,压差式光纤矢量水听器的声压灵敏度与理论计算结果基本吻合,在500Hz具有良好的指向性。     

光纤臂长差对马赫-曾德尔型光纤陀螺的影响

介绍了基于马赫-曾德尔干涉原理和萨格奈克(Sagnac)效应的马赫-曾德尔型光纤陀螺(MZ型光纤陀螺)的工作原理.在此基础上,分析了两光纤臂长差对光纤陀螺零位漂移和温度稳定性的影响,指出臂长差的存在是影响MZ型光纤陀螺系统稳定性和灵敏度的最主要因素.     

本征型光纤倏逝波化学传感器的研究

为了克服传统光纤化学传感器的不足,本文提出基于倏逝波原理的本征型光纤化学传感器。根据光线理论数值分析了传感器几何结构参数,溶液折射率与灵敏度的关系。通过化学腐蚀方法制备出不同参数结构的传感器,进行实验系统设计,并用不同浓度亚甲基蓝对这些传感器进行了实验研究。实验结果与数值计算结果一致,传感区纤芯越细,越长,其灵敏度越高。为了提高传感器灵敏度并保证纤芯不至于太细而折断,应少减小传感器直径,有效增加其长度。