飞秒激光对光纤布拉格光栅的曝光实验研究

采用聚焦的红外飞秒激光对紫外激光刻写的Ⅰ型光纤布拉格光栅(FBG)分别进行了单点和扫描式曝光实验,重点研究了飞秒激光脉冲能量远低于光纤的损伤阈值情况下,脉冲激光对光栅光谱的影响。实验发现,激光单点照射栅区任意位置时,照射过程中的光谱有较大红移,且光谱结构不再是单透射峰而是不规则的多透射峰;然而照射结束后的布拉格波长蓝移且光栅透射率增加,随着曝光时间的增加该变化逐渐趋于饱和。通过建立非均匀温度场扩散模型,激光诱导的折射率变化会叠加在原光栅的折射率调制分布上,理论仿真了不同曝光时间后和曝光过程中的光谱变化,与实验结果非常吻合。     

在光纤拼接处刻写长周期光纤光栅及其传感应用

在"单模光纤-细芯光纤"拼接处刻写了Type II型长周期光纤光栅,构成一种高温光纤传感器。该传感器实际由2段不同的长周期光纤光栅级联构成,在第二个光栅形成了Mach-Zehnder干涉,因此,传感器透射谱由长周期光纤光栅与Mach-Zehnder干涉仪共同作用形成。利用传感器的透射谱与环境温度的线性变化关系,进行环境温度测量。实验中选取传感器透射谱的2个谐振峰波谷dip 1和dip 2来测量外部温度变化。实验结果表明:在300℃~800℃高温测量范围中,波谷dip 1处温度灵敏度为103.4 pm/℃,波谷dip 2处温度灵敏度为121.8 pm/℃,测量最高温度可达到800℃。该传感器制作简单易重复、灵敏度高、线性度好、成本低,在高温传感领域有一定的应用价值。     

基于液晶超薄涂覆层的长周期光纤光栅温度特性的研究

采用液晶超薄涂覆层的双包层光纤模型,利用耦合模理论对长周期光纤光栅涂覆层折射率、温度特性进行研究,并通过实验和计算机模拟,得出长周期光纤光栅透射谱谐振波长于超薄涂覆层折射率及温度的关系。     

表面式温度补偿型光纤光栅传感器研究

设计了一种能用于恶劣环境下结构健康监测的具有温度补偿功能的新型光纤光栅应变传感器,该传感器利用参考光纤光栅原理实现温度补偿.依据传感器的结构,分析了表面式光纤光栅传感器的应变传递理论.根据应变传递理论给出了传感器结构参数,通过应变实验和温度实验,证明所设计的传感器的应变曲线和温度曲线的线性拟合度均在99%以上,光纤光栅的温度灵敏度为11.2 pm/℃,参考光纤光栅具有非常好的应变隔离性能,其温度灵敏度为4.3 pm/℃.     

π相移光纤光栅制作方法的比较研究

介绍了目前最常用的两种制作相移光纤光栅的方法,即分步曝光法(或遮挡法)和相位掩膜板移动法,对比分析了两种方法引入相移的物理机制,并利用传输矩阵法理论模型,数值模拟了两种制作方法下的相移光纤光栅透射谱,并分别进行了分布反馈光纤激光器(DFB-FL)的对比实验。结果表明,分步曝光法制作相移光纤光栅时,相移量与光栅中无曝光段的长度及纤芯折射率调制量均有关,难以精确控制相移量的大小,并且存在偏振模竞争问题;而相位掩膜板移动法通过压电陶瓷直线微动台控制掩膜板和光纤相对位移,在光栅中引入相位变换,可以将相移量控制在0~2π范围之内,更容易实现π相移光栅的制作。     

一种新颖的基于预应变技术的光纤光栅应变温度传感器

报道了采用预应变技术制作的一种结构简便而新颖实用的光纤光栅传感探头及其对温度和应变的响应特性。该方法能使一根光纤光栅产生两个以上的反射峰 ,因此能解决温度和应变测量时存在的交叉敏感问题。在测量范围内 ,应变和温度响应曲线具有良好的线性。     

基于长周期光纤光栅的压力传感器

利用长周期光纤光栅(LPFG)对于弯曲敏感的特性，与应变膜片压力传感技术的机械结构相结合，报道了一种基于长周期光纤光栅的新型压力传感器。实验结果表明，在0～0．13MPa的气压下，长周期光纤光栅透射谱的峰值波长向长波长方向移动了1．8nm；透射峰的幅度减小了13dB。通过检测其在固定波长处的光功率变化值就可以获得待测的压强值。该传感器的分辨率可以达到10^-4MPa，能够很好地满足实际应用的要求。     

基于光纤光敏性的双波长光纤光栅及其应用

提出了一种基于光纤光敏性制作双波长布喇格光栅的新方法.采用移动曝光技术,通过调节光栅长度及曝光次数可以控制两个布喇格波长的间隔和反射率;写制了一个双波长光栅,两个透射峰均为20.25 dB,两个布喇格波长的间隔为0.8 nm;利用这个光栅制作了一个双通道的光分插复用器(OADM).     

光致聚合物全息光栅曝光特性的研究

为了研究采用由曙红做染料、丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺构成的光致聚合物制成的全息透射光栅的曝光特性,用实验的方法探索了光栅空间频率、曝光强度、曝光时间等因素对该透射光栅衍射效率的影响。实验表明,聚合物全息透射光栅空间频率,曝光强度,曝光时间都有一个互相关联的最佳范围,在这一范围内衍射效率能达到最大值。当聚合物光栅在空间频率为2751 line/mm附近,曝光强度在12mW~15mW之间,曝光量在770mJ/cm2左右时,衍射效率最大。最大衍射效率能达到75%左右,在全息光栅中衍射效率较高。     

利用均匀光纤光栅进行色散补偿的数值分析和实验研究

介绍了利用均匀光纤光栅的透射色散特性进行色散补偿的机理 ,对其色散补偿效率作了数值模拟 ,并进行了利用均匀光纤光栅补偿色散的实验。通过与传统的啁啾光纤光栅色散补偿方案比较 ,得知利用均匀光纤光栅的透射色散特性进行色散补偿是一种行之有效的色散补偿方案     

可实现温度降敏的金属化光纤布拉格光栅

针对光纤布拉格光栅(FBG)传感器用于精确测量应力/应变场合时需屏蔽或补偿其温度灵敏性,本文在FBG化学镀Ni保护的基础上加入ZrO2微粒,形成Ni-ZrO2化学复合镀层,既具有金属镀层的保护作用,同时又实现了FBG的温度降敏。经元素分类扫描(EDS)测试,Zr元素的质量含量为30.12%,Ni元素的质量含量为67.87%;经扫描电镜(SEM)检测,复合镀层与FBG传感器结合紧密。对两支Ni-ZrO2化学复合镀保护的FBG传感器进行了多次30～90℃的温度传感实验,相比于化学镀Ni的FBG,其温度灵敏系数平均下降了34.59%。这表明,经Ni-ZrO2化学复合镀保护的FBG传感器具有温度降敏的特性。     

Study on local temperature characteristics of fiber Bragg gratings

The characteristics of fiber Bragg gratings(FBG) at local temperature are investigated based on the transfer matrix method.The reflective spectrum model of the FBG at local temperature is analyzed by theoretics and simulations.The results show that when a small section of the FBG is affected by the temperature variation,the reflective spectrum splits into two main peaks.The wavelength of the splitting point shifts linearly and periodically with the local temperature on the FBG.An experiment is a...     

基于BP算法和FBG传感的复合材料冲击定位检测技术

复合材料在服役过程中易受到外部的低能量冲击,造成不可见损伤,为了监测复合材料健康状况,将光纤布喇格光栅(FBG)传感网络粘贴布置于碳纤维复合材料表面,采用基于反向传播(BP)神经网络系统的智能复合材料冲击定位识别技术,获取FBG传感的时域信号响应值,从而进行了复合材料冲击位置的预判.结果表明,BP神经网络算法具有非线性...     

Optical hydrogen sensor based on etched fiber Bragg grating sputtered with Pd/Ag composite film

A novel fiber optical fiber hydrogen sensor based on etched fiber Bragg grating coated with Pd/Ag composite film is proposed in this paper. Pd/Ag composite films were deposited on the side-face of etched fiber Bragg grating (FBG) as sensing elements by magnetron sputtering process. The atomic ratio of the two metals in Pd/Ag composite film is controlled at Pd:Ag = 76:24. Compared to standard FBG coated with same hydrogen sensitive film, etched FBG can significantly increase the sensor’s sensitivity. When hydrogen concentrations are 4% in volume percentage, the wavelength shifts of FBG-125 μm, FBG-38 μm and FBG-20.6 μm are 8, 23 and 40 pm respectively. The experimental results show the sensor’s hydrogen response is reversible, and the hydrogen sensor has great potential in hydrogen’s measurement.     

基于法布里-珀罗干涉仪和光纤布拉格光栅的双参量光纤传感器

提出了一种结构紧凑的基于法布里-珀罗干涉仪（FPI）和光纤布拉格光栅（FBG）的双参量光纤传感器,其可实现对应变和温度的同时测量。所制作的FPI是通过将一段端面被腐蚀过的多模光纤（MMF）与一小段光敏光纤（PSF）熔接而形成的。PSF的平整端面作为FPI的一个反射面,FBG被刻写在PSF中。实验测得FPI和FBG对于应变的灵敏度分别为 8.63pm/με和1.11 pm/με,对温度的灵敏度分别为和-1.60 pm/℃和9.75pm/℃。由于FBG和FPI对于应变和温度分别有不同的灵敏度,所以它们组合起来可以实现对双参量的同时测量。实验测得传感器同时进行应变和温度测量的最大误差分别为6.72με和0.98℃。     

Composite failure prediction of π-joint structures under bending

In this article, the composite π-joint is investigated under bending loads. The "L" preform is the critical component regard- ing composite π-joint failure. The study is presented in the failure detection of a carbon fiber composite π-joint structure under bending loads using fiber Bragg grating (FBG) sensor. Firstly, based on the general finite element method (FEM) software, the 3-D finite element (FE) model of composite π-joint is established, and the failure process and every lamina failure load of composite π-joint are investigated by maximum stress criteria. Then, strain distributions along the length of FBG are extracted, and the reflection spectra of FBG are calculated according to the strain distribution. Finally, to verify the numerical results, a test scheme is performed and the experimental spectra of FBG are recorded. The experimental results indicate that the failure sequence and the corresponding critical loads of failure are consistent with the numerical predictions, and the computational error of failure load is less than 6.4%. Furthermore, it also verifies the feasibility of the damage detection system.     

光纤光栅与法珀微腔温度应变双参量传感器

针对光纤应变传感器的温度-应变交叉敏感性问题,研究了一种结合光纤布拉格光栅(FBG)与法布里-珀罗(FP)微腔的光纤FBG-FP混合型温度应变双参量传感器。该传感器由两根垂直切割的单模光纤穿入一段石英毛细管(Glass capillary),并在石英毛细管两端固定制成,其中一根光纤端面附近预刻FBG,两根光纤端面间距为微米量级,构成FP微腔。处于自由悬空状态的FBG测量温度,FP微腔测量应变,并利用FBG的温度测量结果补偿温度对FP微腔的影响,从而有效解决光纤应变传感中的温度-应变交叉敏感性问题。成功制备了初始腔长为30.6μm的光纤FBG-FP混合型温度应变双参量传感器,温度与应变灵敏度分别达到了12 pm/℃和175.2 nm/με,并成功实现了应变测量的温度补偿。     

单光纤光栅对温度与应变的同步测量

提出了一种采用单光纤布拉格光栅(FBG)进行温度与应变同步测量的新颖设计。一根FBG被分成等长的两部分,用环氧胶水涂敷在其中一部分的表面,再套上金属套管,此时可以看成具有不同的布拉格波长的2个FBG,利用它们之间不同的杨氏模量和热膨胀系数,应变和温度能够同步测量。实验结果表明,在2700με和75℃的测量范围内,可以达到约6.1με和1.0℃的应变和温度精确度,误差主要来源于光谱仪分辨率的限制和FBG其中一部分的胶水涂抹不够均匀,通过使用高分辨率的解调仪和提高胶水涂抹工艺可得到更高的测量精确度。     

复合层合板低速冲击应变测试及其状态监测

将光纤布喇格光栅(FBG)传感器应用于复合材料层合板低速冲击应变测试中。将应变片和FBG粘贴在复合材料板的对称位置上;将冲击荷载施加在复合材料板中心,并施加8个不同等级(由小到大)的冲击荷载。试验结果表明,FBG传感器与对称位置粘贴的应变片的测试数据一致,这说明FBG可用于复合材料板的冲击应变测试。应用5个FBG传感器获得的冲击荷载下的峰值响应,结合提出的峰值响应包络面法,对复合材料层合板的冲击损伤位置进行了成功识别。结合FBG获得残余应变的方法,对复合材料层合板的冲击损伤的程度进行了成功识别。     

单个光纤光栅实现对位移和温度的同时测量

结合光纤光栅悬臂梁调谐的特点 ,采用一种新颖的光纤光栅悬臂梁结构 ,将光纤光栅粘贴在悬臂梁和固定端基板的结合处 ,成功地实现了对位移和温度的同时测量。基于光谱分析仪 0 1nm的光谱分辨率 ,实验可得到的位移分辨率为 0 0 8mm ,温度分辨率为 3 1℃ (位移不变时可达 0 73℃ ) ,位移测量范围可达 10 5mm。实验结果与理论分析基本一致