双光纤布拉格光栅电流传感器

两电流产生的电磁力使等腰三角形悬臂梁变形,从而导致安装在悬臂梁两边的光纤布拉格光栅的布拉格波长漂移.通过检测两个布拉格光栅的波长漂移差,得到被测电流.双光纤布拉格光栅通过补偿温度效应,解决了光纤布拉格光栅传感器的交叉敏感问题.垂直放置的等腰三角形悬臂梁,确保光纤光栅在传感过程中不出现啁啾现象,又避免了自身重量和导线重量对测量结果的影响,从而减少了测量误差.该系统传感灵敏度为0.097nm/A,与理论值的相对误差为3.38%,结果表明该传感器结构是可行的.     

基于双光纤布拉格光栅的流速传感器

设计了一种基于双光纤布拉格光栅的新型流速传感器,它包括双光纤光栅压强传感机构和文丘里管.导出了双光纤布拉格光栅的波长漂移差与流速的关系.压强传感机构中的密闭铝箔管横截面两边的压力差导致等腰三角形悬臂梁变形,从而导致安装在悬臂梁两边的光纤布拉格光栅的布拉格波长漂移.通过检测两个布拉格光栅的波长漂移差,得到被测流体的流速.双光纤布拉格光栅通过补偿温度效应,解决了光纤布拉格光栅传感器的交叉敏感问题.该流速传感器的动态测量范围为8～200mm/s.实验表明,双光纤布拉格光栅的中心波长随流速的增加分别向长波和短波方向漂移,而带宽几乎不变,实验和理论符合得较好,该设计方案是切实可行的.

Abstract：

By using the fiber grating pressure sensing setup and Venturi tube,a novel flow velocity sensor based on double fiber Bragg gratings (FBGs) is proposed.The relationship between the flow velocity and the wavelength shift difference is derived.The pressure difference of the two sides of the cross section of the aluminum foil tube in the pressure sensing setup results in the distortion of an isosceles triangle cantilever structure.And the distortion results in the Bragg wavelength shift of the FBGs mounted at either side of the cantilever.By monitoring the wavelength shift difference of the two FBGs,the flow velocity can be obtained.The cross sensitive problem can be solved by compensating the temperature effect.Experimental results are in good agreement with theoretical analysis.The central wavelength of two FBGs shifts to the shorter and longer wavelength respectively with the rise of the flow velocity,while the bandwidth is almost unchanged.The experimental results verify the feasibility of the proposed sensor with a measurement range of 8~200 mm/s.     

啁啾光纤布拉格光栅电流传感器

为了测量通电螺线管中的电流,设计了一种基于 光纤布拉格光栅(FBG)啁啾效应的电流传感器。磁场 中的圆盘形软铁受到通电螺旋管线圈磁场力的作用,引起矩形悬臂梁变形,从而导致粘贴在 悬臂梁侧边的 FBG的反射光谱带宽发生变化,其大小与电流强度成平方关系。利用光谱分析仪(OSA) ,通过检测FBG反射谱带宽的变化量,可以得到被测电流强度的大小。当OSA的分辨率为0.02nm时, 测量范围达到了27.1~1000mA。实验结果表明 ,FBG反射光谱带宽的变化量对温度变化不敏感, 当温度从－15℃变化到45℃时,3dB带宽的 最大变化约为5pm。实验结果和理论分析一致,表明本文该方案切实可行。     

基于双光纤布喇格光栅的液位传感器

设计了一种基于双光纤布喇格光栅的新型液位传感器,导出了双光纤布喇格光栅的波长漂移差与液位的关系.圆盘上受到的液体压力导致等腰三角形悬臂梁变形,从而导致安装在悬臂梁两边的光纤布喇格光栅的布喇格波长漂移.通过检测两个布喇格光栅的波长漂移差,得到被测液位.双光纤布喇格光栅通过补偿温度效应,解决了光纤布喇格光栅传感器的交叉敏感问题.该液位传感器的动态测量范围为2～3 000 mm.实验表明,双光纤布喇格光栅的中心波长随液位的增加分别向长波和短波方向漂移,而带宽几乎不变,实验和理论符合较好,该设计方案是切实可行的.     

FBG湿度传感特性的研究

在研究光纤布拉格光栅（FBG）传感器的基础上,分析了FBG的湿度传感特性。以聚酰亚胺（PI）薄膜为湿敏涂覆层的FBG,当湿度升高时,由于涂覆层的膨胀,导致FBG因应变而增长,使布拉格波长发生变化,从而实现对湿度传感。实验结果表明,PI薄膜涂覆的FBG是一种性能很好的湿度传感元件。     

基于参考光栅的光纤光栅应变传感器温度补偿

为解决光纤布拉格光栅（FBG）应变测量时的应变、温度交叉敏感问题，利用FBG便于构成传感网络的优点，将温度补偿参考FBG与应变测量FBG串联在一路光纤上，根据2只FBG布拉格波长相对漂移获得被测结构应变。双FBG波长相对漂移对温度的灵敏度仅为0．12pm／℃，较好地实现FBG应变测量的温度补偿。参考FBG法原理简单，可操作性强，为FBG应变传感器的实际工程应用奠定了基础。     

基于弹簧管悬臂梁的FBG压力传感的研究

提出了一种等强度悬臂梁与弹簧管结合的高灵敏度的光纤布拉格光栅(FBG)压力传感器。将FBG粘贴在悬臂梁的下表面,粘贴方向与悬臂梁轴线一致。理论分析了FBG中心波长相对偏移量与压力的关系,实验测得该传感器的压力灵敏度为2.767×10-4/MPa,是裸FBG压强灵敏度系数的142倍。压力灵敏度与悬臂梁和弹簧管的几何参数有关,改变参数,可获得不同灵敏度的压力传感器。     

基于磁流体磁体积效应的磁场与温度双参量传感器

为了实现磁场与温度的同时测量,提出并制作了一种基于磁流体(magnetic fluid, MF)磁体积效应的法布里-珀罗(Fabry-Perot, FP)腔与光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating, FBG)级联的复合传感结构。注入空芯光纤(hollow-core fiber, HF)的MF液面与单模光纤端面形成的FP腔同时对磁场和温度敏感,与之级联的FBG只对温度敏感。通过同时监测FP腔特征峰与FBG布拉格反射峰的波长漂移,利用传感器磁场与温度敏感系数矩阵,同时获取温度与磁场信息。实验成功制备了初始腔长为56.1μm的FBG-FP温度磁场双参量传感器,磁场与温度灵敏度分别达到了16.21 pm/Oe和9.96 pm/℃,具有体积微小、结构简单、成本低等特点。该传感器可解决常规光纤磁场传感器的磁场-温度交叉敏感问题。     

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。     

光纤光栅液位传感器的研究

根据光纤布拉格光栅(FBG)传感模型,提出了一种基于E型膜片和悬臂梁组合的FBG液位传感结构,建立了FBG反射中心波长随液面高度变化的数学模型。在0～100cm的测量范围内进行了实验研究,结果表明,液位对FBG反射中心波长调谐的最大漂移量为1.316nm,线性拟合度大于0.999,灵敏度为13.1pm/cm,与理论计算值(13.8pm/cm)比较,存在5.1%的相对误差。通过对理论模型的分析,改变E型圆膜片和悬臂梁的有关参数,可实现对传感器的灵敏度和量程的调整,使之更加实用化。     

靶式光纤Bragg光栅流速传感器的研制

设计了一种基于等强度悬臂梁的靶式光纤Bragg光栅（FBG）流速传感器,传感器利用杠杆结构将置于流体中迎流靶片所受的与流速成对应关系的冲击力转化成FBG波长的漂移,利用对称粘贴于悬臂梁上下表面的双FBG结构有效解决了温度与应变的交叉敏感问题。建立了流速与FBG波长变化幅度的关系,并采用流体分析软件FLUENT对放置靶片...     

磁致伸缩调制型光纤Bragg光栅的温度补偿方法

提出了两种简单的磁致伸缩调制型光纤Bragg光栅的温度补偿方法。利用磁场和磁致伸缩材料对光纤光栅的Bragg波长进行调制 ,将一对光纤光栅按特定的结构固定 ,使得磁致伸缩效应对两只光纤光栅的Bragg波长的调制效果相互叠加而温度的影响相互抵消。补偿后的磁场调制型光纤光栅温度在 2 2～ 80℃的范围内 ,波长变化仅为0 11nm ,其温度灵敏度是温度补偿前的 1 10。     

基于FBG的CH4浓度传感系统

提出了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)的新型CH4浓度传感方案.利用CH4催化元件将CH4浓度信息转化为温度信息,并映射为FBG反射波长的漂移量.将自制的FBG封装成CH4传感器,并实验获得了FBG反射波长漂移量与环境CH4浓度的曲线.验证了采用传感FBG和参考FBG的斜边检测方案可提高系统检测分辨率和温度稳定性.     

EFPI和光纤光栅传感器混合测量技术

研究了一种对外腔式F-P干涉型(EFPI)传感器和光纤光栅(FBG)传感器进行混合测量的技术。用窄线宽的扫描光注入EFPI或FBG,通过测量FBG的反射光波长和EFPI的反射光光谱完成在同一台仪器的不同通道实现了对FBG或EFPI的同时测量。还研究了在一根光纤上同时实现FBG和EFPI测量的技术,结果表明FBG串联在EFPI前面时,可准确测量出FBG的波长和EFPI的腔长。而EFPI串联在FBG前时,只能测量EFPI,而不能完成FBG的同时测量。     

磁流体包覆薄包层光纤光栅磁场传感研究

利用磁流体替代光纤布喇格光栅(FBG)的部分二氧化硅包层,制作了一种磁流体封装薄包层FBG结构的磁场传感器,研究了传感器对磁场和温度的响应特性。结果表明,在5.0～20.0mT的磁场范围内,传感器的波长灵敏度和功率灵敏度分别为34.9pm/mT和-1.063dBm/mT,波长线性响应度达到了99.2%。封装工艺未改变FBG波长随温度线性变化的特性,但受磁流体磁光效应影响,其温度灵敏度减小到9.2pm/℃。该传感器可实现磁场测量中的温度补偿,方法简单、易于实现。     

基于磁流体的一维光子晶体磁场传感器的研究

基于磁流体的折射率对外加变化磁场的敏感特性,提出将磁流体作为缺陷层引入到一维光子晶体中实现磁场传感。由于缺陷的存在,使得光子晶体的透射谱中产生缺陷峰。该传感器可通过测量磁场变化时光子晶体缺陷模波长的移动对相应的磁场进行测量。利用传输矩阵法对不同结构参数下,缺陷模波长随在外加磁场的变化进行了模拟计算,为实际磁场传感器的设计提供了理论参考。