安装方位对光纤布拉格光栅应变测量的影响

光纤布拉格光栅(FBG)应变测量是基于光栅受到轴向应变作用时其波长将会发生相应变化。但在复杂应力状态下,由于横向效应的存在,光纤布拉格光栅的安装方位对光纤应变测量产生影响。通过理论推导和实验分析验证了安装方位对光纤应变测量的影响,并以单向应力状态为例,导出应变测量误差与光纤布拉格光栅安装方位的关系曲线:光纤的轴向与主应力的夹角60°附近,误差急剧增大,可使测量结果严重失真。为消除安装方位引起的误差,给出了复杂应力状态的应变测量修正公式。     

基于侧边抛磨光纤光栅双反射峰的折射率传感器

介绍了一种利用具有双布拉格反射峰效应的侧边抛磨光纤光栅(SPFBG)进行折射率测量的新型光纤折射率传感器.该传感器基于由轮式侧边抛磨法加工而成的侧边抛磨光纤光栅,通过将折射率液覆盖一部分抛磨区的方法在一根光纤光栅上获得两个布拉格反射峰.这两个布拉格反射峰差值与覆盖材料折射率有关,而与光纤光栅所受应力与环境温度无关,因此用这两个布拉格反射峰差值作为测量量对折射率测量,可减小应力与环境温度的影响,实现高精度的折射率传感测量.实验表明,当维持环境温度恒定时,光纤光栅轴向应变在线性变化范围内,该传感器测量折射率时不受应力与温度变化的影响.折射率液在1.4298～1.4479范围内,该传感器的折射率测量分辨率为0.0001.     

关于FBG传感器应力-温度交叉敏感问题的研究

光纤布拉格光栅(FBG)传感作为新兴的传感方式,正在各行各业内受到广泛的应用。文章就光纤布拉格光栅的应力、温度交叉敏感问题,着重介绍其分离或补偿方案,包括双波长光栅法、参考光栅法、长周期光栅法、保偏光纤光栅法以及特殊的光纤光栅封装方法,并对各自的优缺点进行比较。随着对光纤布拉格光栅传感器的更多更深入的研究,会不断提出更好更稳定的解决方案。     

一种双包层半径光纤布拉格光栅传感器

光纤布拉格光栅已经成为非常有前景的温度、应力及其它参数测量的传感元件,但其存在温度和应力的交叉敏感问题.提出了一种双包层半径光纤布拉格光栅传感器,将一个布拉格光纤光栅分成两半,各自具有不同的包层半径,其中一半保持不变,另一半包层半径从62.5m减小到40m.实验结果表明,两半光纤布拉格光栅的温度灵敏度均为10.4 pm/℃,而应力灵敏度分别为1.12 pm/ue 和3.89 pm/ue.初始的单个布拉格反射峰分裂成两个,分别对温度和应力敏感,而两个反射峰之间的波长差只受应力的影响,随着应力的增加其波长差逐渐增加.因此,通过这一个光纤布拉格光栅即可分辨出温度和应力所引起的布拉格波长漂移.该光纤光栅传感器结构简单、体积小巧、成本低廉、制作方便,可以广泛应用在各个领域实现温度和应力的同时测量.     

利用剪滞法对包覆光纤布拉格光栅应力传递规律的研究

报道了一种分析包覆光纤布拉格光栅(FBG)传感器应力传递规律的方法。利用剪滞法理论将光纤布拉格光栅和其包覆材料看成一种复合体,从力学角度分析光纤布拉格光栅被包覆后的应力传递规律,得到当光纤布拉格光栅一定时,被包覆光纤布拉格光栅的应力传递系数仅与包覆材料的尺寸和杨氏模量有关。采用三种不同的包覆材料(聚合物、毛细钢管和毛细铜管)对光纤布拉格光栅进行了多个半径的封装,验证包覆光纤布拉格光栅的应力传递系数,实验证明,理论结果和实测数据基本吻合。     

光纤布拉格光栅传感器的温度补偿研究

应力和温度变化引起光纤布拉格光栅(FBG)传感器中心波长漂移的交叉敏感效应制约了光纤布拉格光栅传感器的实用化。在简介光纤布拉格光栅传感器工作原理的基础上,综述了近年来国内外在该领域实现温度补偿的相关技术和消除或减弱传感器温度敏感的方法,阐述了光纤布拉格光栅传感器温度补偿的原理,并分析了每种方法的特点,探讨了光纤布拉格光栅传感器应用中存在的问题。     

光纤光栅传感器的研究与应用

介绍了光纤光栅传感器的技术优势。阐述了光纤光栅传感器的基本结构和布拉格光纤光栅的工作原理,分析了光纤光栅对温度和应变区分测量的机理,并从不同角度归纳出光纤光栅传感的温度、应变同时区分测量的技术方案,最后简单介绍了光纤光栅的应用。     

光纤布拉格光栅半导体激光器的稳定性

介绍了由光纤布拉格光栅（FBGs）组成的光纤激光干涉仪中半导体激光二极管波长稳定和调谐改进的方法,发展了基于分层介质（LDM）和传输矩阵结合法进行高精度计算任意光纤光栅（切趾、啁啾等）的模拟方法。在模拟和商业可得到的光纤光栅测量基础上,设计了1种特殊的100mm长切趾型光纤布拉格光栅。我们期望FBG在改进760nm波长半导体激光器的线宽和无跳模调谐范围的应用中能提高基于这些二极管的光纤激光干涉计的分辨率。建立了基于垂直腔面发射激光器（VCSEL）的绝对光纤激光干涉仪,使用FBG进行稳定波长和控制调谐范围,并对其装置进行了介绍。     

光栅致双折射引起偏振相关损耗的理论分析

应用耦合模理论,给出均匀布拉格光纤光栅在考虑光栅致双折射时的透射与反射系数的解析式,按照测量偏振相关损耗(PDL)的确定性与非确定性两种方法,推导出了均匀布拉格光纤光栅中偏振相关损耗的解析公式。理论分析表明,该公式能够准确分析弱双折射光纤或者各向同性光纤上写入的均匀布拉格光纤光栅的偏振相关损耗特性,同时数值模拟高双折射光纤上写入的均匀布拉格光纤光栅偏振相关损耗特性,得到的结果也与已有实验曲线相近。     

基于双光纤布拉格光栅的抽运激光器波长锁定器

运用耦合模理论推导了双光纤布拉格光栅(FBG)的透射率和反射率的解析表达式,进一步推导出带双光纤布拉格光栅激光器的增益方程。利用相关表达式讨论双光纤布拉格光栅的反射特性与透射特性,并探究对激光器增益曲线的影响。双光纤布拉格光栅由结构和特性相同的单光纤布拉格光栅构成,通过优化两光纤布拉格光栅之间的距离得到最佳的锁模特性。在工作温度为0℃,20℃,70℃时,分别测量了带双光纤布拉格光栅和单光纤布拉格光栅波长锁定器的非致冷抽运激光器的输出光谱。其结果表明带双光纤布拉格光栅的非致冷抽运激光器输出光谱的稳定性得到了显著改善。在0~70℃温度范围内能稳定工作,波长漂移为0.2 nm,边模抑制比达45 dB,半峰值宽度小于1.57 nm。     

Rogowski线圈的FBG电流传感器研究

电流是电力设备进行计量、监控和保护的重要参量,对其准确测量是电力系统安全、稳定、可靠和经济运行的保证。研制了一种Rogowski线圈、叠堆压电陶瓷和光纤Bragg光栅组合成的测量大电流的电流传感器。利用Rogowski线圈把高压侧大电流线性地转换为低电压,输出电压加在叠堆压电陶瓷上,由逆压电效应,叠堆压电陶瓷伸缩带动光纤Bragg光栅伸缩,将叠堆压电陶瓷的应变线性转换为光纤Bragg光栅的中心反射波长的移位,增加温补光栅消除环境温度的影响,通过测量光纤Bragg光栅中心反射波长的移位来测量电流的大小。测试结果表明,该电流传感器的灵敏度为0.071 8pm/A,非线性误差为3.47%FS,滞后误差为4.17%FS,重复性误差为4.17%FS。     

应用FBG应变箍传感器的管道安全监测研究

为了对管道的腐蚀以及泄漏进行长期、实时监测, 研发了一种光纤Bragg光栅(FBG)应变箍传感器,利用研发的传感器测量管道的环向应变,通 过环向应变的测量实现管道腐蚀以及泄漏的监测。为了探讨本文方法的可行性,将研发的FB G应变传感器安装在PVC管道上,进行腐蚀与泄漏的模拟实验,实验结果表明,研发的FBG应 变箍传感器可以测量到管道壁厚变化以及泄漏产生的负压波信号。表明用研发的传感器进行 管道腐蚀以及泄漏的方法是可行的。     

光纤光栅温度传感器增敏封装特性研究

通过利用聚酰亚胺涂覆裸光纤光栅的方法研制了一种增敏型光纤光栅温度传感器,其反射波长的温度敏感系数由曾敏前的10pm/℃提升至40pm/℃。在-40~200℃测试环境中,开展了传感器标定和温度精度测量试验。试验结果表明:利用光纤光栅增敏封装,在高低温环境中采用低精度光纤光栅解调仪,传感器的测温精度由±0.4℃提升至±0.1℃。上述结果显示,采用增敏封装结构能够提升光纤光栅温度传感器的测量精度,减低制作成本。     

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。     

不同粘贴方式的光纤光栅压力传感器的研究

理论上分析了光纤光栅的压力传感特性,并采用纵向和横向方式将光纤光栅粘贴在自 行设计、型号为ZXYCO1的平膜片上,并进行了加压和减压的高压实验。实验结果表明:纵向粘贴的光纤光栅压力灵敏度系数比横向粘贴的高几倍,其值分别为87pm /MPa和14pm /MPa左右,其测量精度分别为0. 2% F. S和1% F. S;光纤光栅的中心波长与压力变化有着良好的线性关系、重复性和较高的相关系数,适合于压力测量。     

单光纤光栅温度应变双参数传感研究

报道了一种用一根光纤光栅实现温度与应变同时测量的传感方案。用于同时传感温度与应变的光纤光栅写于两种不同光纤的连接处 ,本身具有两个反射峰。由于两种光纤的光热系数不同 ,两个反射峰具有不同的温度响应。通过监测两个反射峰的波长移动便可实现温度与应变的同时测量。     

双光纤Bragg 光栅用于FBG型传感器的温度补偿

理论分析了FBG型传感器的温度应变交叉敏感机制，利用温度和应变响应相同的光栅对实现了光纤Bragg光栅应力／应变传感器的温度补偿，有效的消除了交叉敏感对FBG型传感器测量精度的影响，有利于光纤Braagg光栅传感器的实用化。     

面向海洋应用的光纤光栅温度传感器研究进展

有效的深海探测技术是获取海洋环境和资源信息的重要方式,也成为当前海洋领域内的研究重点,而海水温度是海洋探测研究关注的重要物理量之一。光纤光栅温度传感器凭借其独特的传感优势已广泛应用于航空航天、石油化工等领域,但对于海洋环境监测领域渗透较少。本文简述光纤光栅基本原理、结构及性能,并与传统测量方法进行比较,重点研究了近几年国内外光纤光栅温度传感器在海洋探测领域的最新研究进展,通过分析指出光纤光栅温度传感器是对现有传统海洋温度探测器的重要补充,在此基础上对于未来海洋光纤光栅温度传感器的研究方向提出了一些建议。     

双光纤Bragg 光栅用于FBG型传感器的温度补偿

理论分析了FBG型传感器的温度应变交叉敏感机制,利用温度和应变响应相同的光栅对实现了光纤Bragg 光栅应力/ 应变传感器的温度补偿,有效的消除了交叉敏感对FBG型传感器测量精度的影响,有利于光纤Bragg 光栅传感器的实用化。     

Lab VIEW实现光纤光栅传感干涉解调技术的研究

结合虚拟仪器技术和光纤光栅传感技术,自行设计了一套光纤光栅传感解调系统.系统采用了基于迈克尔逊干涉技术的解调方法,将包含被测应变信息的FBG波长信号转变成相位信号,通过以Lab VIEW为核心的虚拟仪器系统检测相位的变化,从而得到被测应变的大小.该干涉解调系统避开了传统解调系统受电磁干扰和环境等方面的影响,因此使得测量精度有了很大的提高.虚拟仪器系统可用于静态应变和动态应变的检测,具有高分辨力、大测量范围的特点.