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研究了一种基于长周期光纤光栅的振动传感器波长解调方法,可解调波长范围为1 522～1 538 nm.宽带光源的出射光经光纤布喇格光栅反射后,入射到长周期光栅,经长周期光栅调制后光纤布喇格光栅反射光强会发生变化.通过对谐振波长处光功率的探测,实现光纤布喇格光栅静态、动态信号的监测.通过温度测量实验对监测系统进行标定,实验中光纤布喇格光栅传感器波长偏移量与系统输出电压成线性关系,比值为0.01 nm/mV.将传感器粘贴于铝板表面,采用该系统解调简支铝板结构的微小振动引起的波长变化.系统采集到的动态信号时域波形及频谱与涡电流位移计的测量结果相吻合,表明该系统可实现1 kHz以上的动态应变测量.     

强度解调的光纤光栅智能结构动态监测技术

将长周期光纤光栅(LPFG)粘贴于试件上构成光纤光栅型智能结构,研究了当试件受到垂直周期力载荷而发生弯曲并随之振动时LPFG的动态响应特性.利用光纤布拉格光栅(FBG)的反射特性获得确定波长处的窄带光作为LPFG的入射光源,通过对固定波长处的光功率探测,实现对试件从2～2 000 Hz范围内的振动监测.由实验采集到的振动信号时域波形及其频谱表明,基于弯曲的LPFG振动传感器具有很好的动态响应特性,其频谱与激振信号频率完全吻合,能够应用于智能材料与结构的健康监测.     

光纤光栅动态称重技术的研究

在实验室内搭建了一套光纤动态称重系统,该系统是基于普通单模光纤光栅传感技术。在实验小车经过支撑称重台面的金属弹性体时,将引起弹性体形变,采用光纤光栅传感器监测这一形变。通过分析光纤光栅解调仪采集到的光纤光栅传感信号,反演出实验小车的质量。实验结果表明系统精度优于±3%。该系统采用实时校准光纤光栅传感器基准传感波长方法,消除了环境温度对测量结果的影响,具有自温度补偿功能。     

基于布拉格光纤光栅谐振频率的实时测量

分析了一种基于布拉格光纤光栅(FBG)的高效方便的谐振频率检测系统。布拉格光纤光栅作为传感器粘贴在悬臂梁表面探测其振动,密集波分复用器(DWDM)作为波长解调器件通过透过率曲线获得布拉格光栅反射光的相对中心波长位移。通过计算机处理数据采集卡采集的实时信号获得悬臂梁多阶谐振频率。结果显示,在与传统的加速度传感器测量谐振频率进行比较时,两者结果很好地吻合。光纤光栅传感系统测得所需的1~4阶悬臂梁谐振频率在频谱上的信噪比均大于20 dB,系统的应力动态测量精度为2.45×10-9ε/Hz,表明该系统能够有效地测量谐振频率。     

温度影响光纤光栅传感器性能蜕化机理及实验研究

结构健康监测中,光纤布拉格光栅(FBG)传感器性能蜕化将会严重影响整个监测系统的稳定性和准确性。而高温、高压等恶劣条件,均可能导致FBG传感器性能蜕化。基于光纤光栅传感器温度传感原理,分析了温度引起光纤光栅传感器性能蜕化的机理,并通过软件仿真和相应温度循环实验,分别考察了温度对不同FBG传感器性能蜕化的影响。实验结果表明,温度对FBG传感器性能蜕化的影响与FBG传感器自身质量参数有关。对于普通FBG传感器,随着温度循环次数增加,反射光谱峰值逐渐降低;而对于刻写完成后,光纤中仍含有少量氢分子的FBG传感器,随着温度循环次数增加,反射光谱不仅峰值逐渐降低,而且中心波长逐渐发生蓝移。     

一体式光纤光栅三维加速度传感器

提出了一种基于光纤光栅(FBG)的一体式三维加速度传感器.该传感器以十字梁为弹性体,采用有限元分析方法研究了弹性体的应变分布特征,5个光纤光栅按照特定的规则被封装在梁的表面.通过将两两组合的光纤光栅波长漂移量的差值作为传感器不同振动方向的输出信号,实现三维加速度的低耦合测量及温度补偿.振动测试结果表明,该传感器在x、y和z方向的谐振频率分别为2000,1920,1160 Hz,工作频带分别为20～1400 Hz、20～1300 Hz和10～800 Hz,在x、y和z方向的灵敏度分别为1.36,1.70,1.31 pm/g.该传感器具有良好的线性度、弱耦合性和温度补偿能力.     

基于倾斜光纤光栅的温度不敏感振动传感器

提出了一种基于倾斜光纤光栅与多模光纤相结合的温度不敏感振动传感器,其振动传感头是在倾斜光纤光栅与单模光纤之间加入一小段多模光纤所组成。倾斜光纤光栅的反射光谱有布拉格模和包层模两部分组成,其中多模光纤的作用是将倾斜光纤光栅反射包层模耦合到单模光纤的基模。倾斜光纤光栅包层模对外界振动很敏感,通过传感器的包层模平均输出功率完成对外界振动物理量测量。由于采用强度解调的方式,可以大大降低传感器装置的复杂性。实验表明：当传感器温度从20 ℃上升到70 ℃时,传感器的输出平均光功率均方根误差为0.01 μW,其反射光谱平均输出功率影响很小,故可以避免外界温度对测量结果的影响。     

基于光纤光栅的液-固相变监测

提出并证明了利用光纤布拉格光栅(FBG)传感器对水变冰的液-固相变过程进行实时监测的可行性,并观测到了该相变过程中的过度冷却现象。在此基础上,展示了基于FBG传感器监测的不同浓度NaCl溶液相变信号,结果显示出了溶液浓度与FBG的相变信号之间的相关性。这种相关性有望提供一种溶液浓度测试新方案。     

基于波分复用器的光纤光栅振动传感器阵列

研究了一种用光纤光栅测量动态应变的阵列传感技术。在用基于3×3耦合器的非平衡光纤马赫-曾德尔干涉仪解调光纤光栅波长变化基础上,提出了通过波分复用器(WDM)来实现多个光纤光栅振动传感器的复用,测试了波分复用器对通道交叉干扰的影响,并同时测得了串联的3只光纤光栅的振动信号。讨论了使用这一技术时,工作环境和光源光强的变化对测量没有显著影响以及该技术可以用于高频信号的测量原因。该技术优点在于测量频率高、灵敏度高,不受光源光强度的影响,还可以获得不同测量点之间的相位关系。     

基于LabVIEW的光纤布拉格光栅动态解调系统

为了实现光纤光栅动态解调的目的,采用了一种基于长周期光栅(LPFG)边缘滤波特性解调光纤布拉格光栅(FBG)的动态应变检测系统.将FBG作为传感元件,利用长周期光栅边缘滤波特性对光强调制,经光电转换获得电压信号,通过高速数据采集卡与LabVIEW软件设计结合由计算机采集.进行了振动实验,采集信号的时域波形图并进行频谱分析.试验结果表明该系统具有良好的动态响应特性,可实现2.5 kHz以内的动态应变监测.     

Interrogating a Fiber Bragg Grating Vibration Sensor by Narrow Line Width Light

A method to interrogate fiber Bragg grating vibration sensor by narrow line width light is demonstrated. The interrogation scheme takes advantage of the intensity modulation of narrow spectral bandwidth light, such as distributed feedback laser, when a reflection or transmission spectrum curve of an fiber Bragg grating （FBG） moves due to the strain which is applied on the sensor. The sensor＇s response to accelerating frequency and amplitude is measured by experiment. The factors which have impacts on the sensitivity of the interrogation system are also discussed.     

一种光纤布拉格光栅动态解调系统的研究

设计并实现了一种基于长周期光栅边缘滤波特性解调光纤布拉格光栅(FBG)的动态应变检测系统。研究了当试件加载垂直周期力时FBG受到的动态响应特性。将FBG作为传感元件, 利用长周期光栅(LPFG)边缘滤波特性对光强调制, 长周期光栅的透射光信号经光电转换获得电压信号, 通过数采卡与LabView软件设计结合由计算机采集。根据试验结果, 获取信号的时域波形图并进行频谱分析。结果表明, 该系统采集的信号能够较好地反映施加振动载荷的频谱特征, 并实现了3 kHz频率以下的动态应变测量, 波长分辨极限达到0.004 nm。     

光纤光栅振动传感器结构设计研究

传感技术是衡量一个国家信息化程度的重要标志。振动信号的检测在工业尤其在石油勘探方面有着重要作用。其中,基于光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)的振动传感器具有诸多优点而备受关注。简单介绍了FBG振动传感器的原理,并根据结构类型对近几年研发出的FBG振动传感器进行了分类和总结。阐述了四种FBG振动传感器的优缺点,并重点对悬臂梁式和柔性铰链式结构的FBG振动传感器进行了总结。接着从三个方向对现有的FBG振动传感器进行了分析并提出了优化建议。最后对FBG振动传感器的发展做出了预测与展望。     

级联长周期光纤光栅和Bragg光纤光栅的光学特性

基于耦合模理论及传输矩阵法,给出了级联长周期光纤光栅和Bragg光纤光栅系统(CLBG)的耦合模方程与总传输矩阵,理论模拟了CLBG的反射谱,得到的反射峰位置与已知文献中所给出的两个反射峰的位置关系相吻合。在此基础上,模拟了镀膜CLBG之间的光纤长度、薄膜折射率、薄膜厚度等参数对反射谱的影响。由仿真结果可知,CLBG反射峰中受长周期光纤光栅和Bragg光纤光栅共同影响产生的反射峰对外界环境的变化非常敏感,其对薄膜折射率的分辨率较单个镀膜长周期光纤光栅高2个数量级,表明CLBG在薄膜传感领域具有重要的应用价值。     

光纤布拉格光栅振动传感器的研究进展

随着光纤传感技术的不断发展,光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)振动传感器在实际应用中的复杂振动测量性能愈发优良可靠。基于FBG振动传感器的优势,简略地阐述了FBG振动传感器的工作原理,并介绍了近5年国内研发的部分悬臂梁型、膜片型、铰链型三种结构的优缺点。最后针对FBG振动传感器提出了4个方面的建议,并展望了FBG振动传感器的发展方向。     

光纤布拉格光栅振动传感器研究

随着光纤光栅传感技术研究的不断深入和振动测试技术发展需求的不断增大,关于光纤光栅振动传感器的研究工作迅速展开。介绍了基于光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)的振动传感器的原理,然后就不同的结构类型对近几年的FBG振动传感器研究进行了归纳,并着重对悬臂梁式和膜片式结构进行了总结。阐述了同种结构类型的不同光纤光栅封装方式的优缺点,分析了现阶段所使用的FBG振动传感器,并提出了影响其性能优化的四点因素。最后对FBG振动传感器的发展作了进一步展望。     

光纤光栅振动传感解调方法的研究

光纤光栅振动传感是光纤光栅的重要应用之一。本文首先介绍了光纤光栅传感的一般原理,接下来综述了5种常用的振动传感的解调方法及原理,并分别给出了其典型的实验装置结构图,分析了其特点和性能（尤其是测量精度）,为基于光纤光栅的振动传感装置的解调部分的设计提供了依据。     

横向局部受力光纤光栅的研究

仿真分析了光纤布拉格光栅(FBG)横向局部受力时的光谱变化,对不同受力位置、受力大小、受力长度的FBG分别作了光谱分析.当FBG横向局部受力时,光谱会分裂,在反射光谱上出现一个透射缺口,且随压力的变化而呈线性、周期性变化.通过和光纤光栅法布里-珀罗(F-P)腔的比较,发现此缺口是光纤光栅法布里-珀罗腔效应形成的,这将对此类光纤光栅传感系统的光谱检测具有一定的指导意义.     

基于光纤光栅的实时延时技术

光实时延时技术与相控阵技术的融合,解决了传统相控阵雷达的瞬时大带宽受限和波束偏斜问题.文中给出了光实时延时技术的思想,讨论了光实时延时技术出现的背景.分析了应用于光实时延时技术中的光纤光栅的原理,着重讨论了均匀光纤光栅和线性啁啾光栅,分别给出了基于两种光纤光栅的光实时延时的技术方案,在此基础上,讨论了受控于应变和温度的光纤光栅在光实时延时技术中的应用.最后讨论了一些技术上存在的问题.

Abstract：

Optical true time delay technology (OTTD) is the key technology for phase array antennas (PAA).By using OTTD,the beam squint and the restriction of instantaneous bandwidth are resolved.The principles of OTTD are given,the emergence background of OTTD is discussed.The theory of fiber Bragg grating(FBG) used in OTTD is analyzed,especially on uniform fiber bragg grating and linear chirped fiber Bragg grating.Two OTTD schemes based on FBG is presented,then some new kinds of FBG used in OTTD are discussed.Some technique hurdles are analyzed as well.