基于差压原理的矿用光纤光栅风速传感器

设计了一种新型的矿用光纤光栅风速传感器,利用差压原理实现风速转化,由波纹管、等强度悬臂梁和双光纤光栅组成差分敏感机构,并通过算法进一步进行温度补偿,有效克服了温度交叉敏感问题,提高了应变测量的灵敏度。文中推导了光纤光栅中心波长变化量与风速的关系,同时对敏感机构进行了水压模拟试验,得到传感器敏感机构的灵敏度为0.703 pm/Pa,与理论值具有很好的吻合度;对风速传感器样机进行风洞试验测试,结果表明风速在0.2~20 m/s的情况下,传感器测量误差可基本控制在0.3 m/s以内,并具有良好的线性关系。     

MOEMS低频声传感器的设计与实验研究

MOEMS声传感器是MEMS技术、微光学技术、声传感技术相结合发展的新一代声音传感技术,具有灵敏度高、抗电磁场和射频干扰等优点。针对水下潜艇对空声预警涉及的高灵敏度、低频响应好、微型化声传感器整列,研究了反射光强度调制型MOEMS低频声传感阵元。对MOEMS低频声传感器膜片的振动特性进行了有限元分析,得出振动膜片的几何参数,并对反射光强特性进行了仿真和实验。采用设计的MEMS膜片、850 nm波长的LED光源设计并制作了MOEMS低频声传感器样机,通过实验表明,该传感器低频响应好,灵敏度可达200 mV/     

采用化学腐蚀法制备光纤Fabry-Perot应变传感器

提出了一种采用化学腐蚀方法制备光纤Fabry-Perot(F-P)传感器的方法,采用浓度为40%的氢氟酸溶液对单模光纤端面进行腐蚀处理,并通过电弧放电对光纤端面进行熔接,制作光纤F-P传感器。实验中,将单模光纤端面在40%浓度的氢氟酸中腐蚀20 min制作出深度21 μm的凹槽,并将该腐蚀过的光纤和端面切平的单模光纤相对熔接,通过电弧放电进行熔接构成F-P腔结构,条纹对比度为8 dB;对制备的光纤F-P传感器的应变特性及温度特性进行了实验和分析,结果表明采用化学腐蚀法制作的光纤F-P传感器对应变具有良好的灵敏度,加载灵敏度可达到3.78 pm/με,线性度为0.999;卸载灵敏度为-4.25 pm/με,线性度为0.985。     

一种基于平膜片挠度的光纤光栅压力传感器

设计并实现了一种基于平膜片挠度的光纤光栅压力传感器,该压力传感器利用一个L型的杠杆机构将膜片的挠度转换为光纤光栅的轴向应变,在提高传感器灵敏度的同时避免了对光纤光栅栅区直接封装造成的应力分布不均匀.实验结果表明,该传感器具有良好的线性度和稳定性,其压力灵敏度系数达10.4 nm/MPa.     

一种新型滑动杆式光纤光栅振动传感器研究

为了提高振动传感器对加速度信号测量的灵敏度 ,本文提出了一种新型的基于悬臂梁和滑动杆结 合的光纤光栅振动加速度传感器。详细阐述了传感器的结构和工作原理,并推导了传感器固 有频率和灵敏 度的理论公式。最后通过振动台测试了传感器的固有频率和灵敏度,并和光纤光栅仅沿光纤 轴向上受力的 实验数据进行了比较。实验结果表明,传感器频率响应曲线的平坦区域在10～38Hz之间,传感器的固有频 率为62Hz,灵敏度为52.8pm/g。与光纤光栅 仅沿光纤轴向受力的实验相比较,加速度灵敏度提高了70.8%。     

一种高频双FBG加速度传感器及其解调方法

为了适应光纤传感器在高转速机械设备安全监测 中的应用,设计了一种双光纤布拉格光栅(FBG)对称式 的高频光纤光栅加速度传感器,并提出一种新的匹配FBG解调方法。阐述了传感器 的结构和工作原理,利用有限元方法分析了传感器的静态与动态特性,并通过实验对传感 器的灵敏度、幅频响应特性和横向 抗干扰能力等方面进行了测试。提出了基于比值法的匹配光纤光栅解调原理,消除了光源不 稳定 等因素对检测精度的影响。实验结果表明,本文传感器谐振频率为900Hz,灵敏度为88mV/g,加速度测量 范围大于80m/s²,横向 灵敏度系数小于10%,并具备较好的抗干扰能力。     

基于飞秒激光制备的光子晶体光纤Fabry-Perot温度传感器

提出并设计了一种基于飞秒激光在光子晶体光纤(photonic crystal fiber,PCF)中制备光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)传感器的方法。采用飞秒脉冲激光作为加工光源,结合放大倍率100×的物镜以及三维加工平台在PCF侧面采用逐线刻写方式进行加工。通过对飞秒激光光斑在光纤上的聚焦位置以及刻写功率进行优化,在PCF上刻写了深度均为80 μm、间隔为800 μm的两条划线,实现了周期为0.98 nm的全光纤F-P结构制备；实验中,对传感器在40~120 ℃温度范围内的光谱特性进行了测试与分析,每隔10 ℃进行一次数据采集,随着温度逐渐增加波长向长波方向漂移,通过对该采样点数据进行线性拟合,得到该测试点的波长温度灵敏度为9.73 pm/℃,拟合线性度为0.997。     

用于局部放电检测的光纤Fabry-Perot声传感器

目前的研究工作都集中在如何提高法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)传感器的灵敏度和线性响应度,而传感器的方向响应性在局部放电定位中的研究较少.对基于微机电系统(MEMS)的F-P声传感器的方向灵敏度进行了实验研究,制作了膜片厚度为5 μm的F-P声传感器,并测量和分析了来自不同入射角和线性距离的放电源的声信号...     

基于并联法布里-珀罗干涉仪游标效应的增敏光纤湿度传感器

为了提高光纤湿度传感器的灵敏度,提出了一种基于并联光纤法布里-珀罗干涉仪(Fabry-Perot interferometers, FPIs)游标效应的增敏型湿度传感器,并进行了实验验证。该传感器由两个基于内径4μm石英毛细管的光纤FPI通过2×2耦合器并联组成,其中一个FPI作为传感FPI,其末端镀有湿敏特性的琼脂糖薄膜,另一个作为参考FPI。论文分析了器件的湿度传感工作原理,实验结果论证了该理论分析的正确性。实验显示,并联FPI游标效应器件在40%RH—60%RH范围内其灵敏度高达0.843 9 nm/%RH,较之单一FPI的灵敏度提高了9倍,是并联FPI反射谱直接波谷追踪波长解调灵敏度的44倍。增加FPI末端湿敏膜厚度,其灵敏度进一步提高至1.12 nm/%RH。该传感器制备简单、尺寸小、灵敏度高,在湿度测试方面具有潜在的应用价值。     

光纤光栅和静态电阻在静压模型管桩测试中的对比试验研究

为了提高光纤布拉格光栅(fiber Bragg gratin g,简称FBG)应变传感器测量精度,针对光纤光栅传 感器在模型管桩试验应用情况,提出了一种光纤光栅传感器理论灵敏度系数和实验灵敏度系 数应变标定方 法。该方法通过实验标定微型光纤光栅应变传感器的灵敏度系数,与理论分析传感器灵敏度 系数进行对比, 同时在模型管桩安装传感器位置粘贴应变片。实验结果表明,标定后的FBG应变传感器测试 结果更加准确, 为基于FBG应变传感器的模型管桩监测技术奠定了基础。同时,该方法适用于FBG传感器应 用与模型管 桩前的标定,可以得到准确反映模型管桩受力变形的真实数据,提高了光纤光栅传感器在模 型管桩试验中 的测量精度。同时,该方法简单、易操作,为光纤光栅传感器在试验和工程中应用奠定了基 础,加快了FBG 传感器在模型管桩荷载传递监测应用的步伐。     

基于强度调制的光纤声传感器设计研究

在假设发送光纤出射端的光强分布为高斯分布的基础上,提出了一种新型强度调制型光纤声传感器模型。该模型根据单模光纤准直器的耦合特性理论,结合四周固支圆平微机电系统(MEMS)反射膜片,并使用GRIN lens光学透镜实现光强度的调制。仿真结果表明,通过选择合适的调制参数可使光纤声传感器的探测灵敏度较传统强度调制模型有数量级的提高。     

滑动轴承油膜厚度光纤精密检测系统分析与设计

针对油膜厚度的静、动态测量,设计了一种基于反射式强度调制型同轴结构光纤位移传感器(RLIM-FODS)的精密位移检测系统.根据激光光束光场近似高斯分布的特性建立数学模型,利用Matlab对特性函数进行仿真分析,光电转换对部分背景光进行了有效补偿,对滤波电路进行了失调电压调节和截止频率仿真修正,并通过实验进行了验证.仿真和实验结果表明:建立的模型可以有效减小电源波动、微弯损耗等带来的影响,信号检测电路能够精确地将小信号进行放大,并且输出信号稳定,噪声低,失调小,线性区间在1 200～2 700 μm的范围内,灵敏度可以达到6 mV/μm,满足精密检测要求.     

斜入射的反射式光纤传感器光强调制特性分析

反射式光纤传感器(RIM-FOS)在传感器领域一直占有重要地位.不少学者对反射式光纤传感器进行了相关研究,大多数都是假设入射光与反射面垂直射入,为了探究以入射光与反射面成锐角为前提,各影响因素对光强的调制特性,本文采用光纤的入射光与反射面为斜入射的情况下,假设光强符合理想均匀分布,反射面为理想光滑反射面,各环节光强损耗比例恒定,通过理论分析得到光强调制模型,运用控制变量法,通过Matlab仿真绘制相应的结果特性曲线,对仿真结果进行分析,得到发射光纤芯径、接收光纤纤芯、光纤间间距、数值孔径、光纤倾角等参量对光强调制的规律,结论表明,适当调节各个参量可以有效提高传感器的灵敏度和测量范围,根据灵敏度的高低和测量范围的宽窄,可以应用在不同的测量对象上,为斜入射的反射式光纤传感器的实物设计提供理论依据.     

MEMS双光纤位移声传感器设计与分析

提出了一种新型强度调制型光纤传感器的理论模型。该模型使用单模光纤,讨论了光在准直透镜中的传播规律,利用光学透镜的准直作用,即矩阵光学原理和高斯耦合理论实现光强调制。强度型光纤传感器采用微电机系统MEMS结构的压力振动膜片拾取振动位移,通过分析施加在膜片上压力的变化及膜片尺寸得到影响双光纤位移传感器灵敏度的相关参数。仿真结果表明:合理的选择参数可以使传感器的灵敏度在不增加结构复杂性的前提下较传统方法有103量级的提高。     

激光光纤压力检测技术在海洋石油勘探中的应用研究

介绍了一种用于海洋石油勘探的反射式强度调制型光纤压力传感器。依据新颖的网络补偿技术 ,提高了强度调制型光纤传感器的长期稳定性和检测精度。从理论上描述了测量误差补偿机理。初步的位移测试实验验证了所设计研制的传感器的正确性和实用性 ,压力的测量精度可达到 0 1MPa。将这种传感器应用于海洋井下压力的检测 ,可具有良好的稳定性和极大的实用价值 ,测量稳定性可以达到 0 1 5 %     

高容错光纤声波传感器的数学模型与特性研究

光纤传感器具有抗电磁干扰、无源、耐腐蚀等优 良特性,适用于易燃易爆、强电磁干扰、水下等恶 劣环境。本文提出了一种基于反射式强度调制原理,以实现声波对光强的调制为目的光纤声 波传感器。设 计了一种新型传感结构,该结构通过光纤准直器收发光信号、采用逆反射材料设计了振动膜 片,基于准直 器的聚焦原理和膜片的逆反射原理有效扩大光束接收角、增强光强接收能力以实现传感器的 高容错测量, 提高传感器的稳定性。研究并建立了传感器的光强调制数学模型,制作传感器并测试了其性 能,实验结果 表明,该新型传感器能够有效探测声波信号,对频率为1000 Hz左右的声波具有良好的响应。该传感器具有 工作距离长、结构容错能力强、还原声音能力强等优势,可应用于国防安全监听等领域。     

安装误差对反射式光纤位移传感器特性的影响

研究了反射式强度调制型光纤位移传感器中安装误差对光强调制特性的影响.计算机仿真结果表明,当待测距离一定时,光强调制系数随着安装误差的增大而减小.为反射式强度型光纤位移传感器应用于球形反射面时的输出校正提供了一定的理论依据.     

光纤传输脉冲电场传感器的时域校准

介绍了一组适用于0.1 V/m～25 kV/m动态范围内电磁脉冲电场传感器时域校准的标准场产生装置,对一套采用光纤传输的脉冲电场传感器的性能进行了测试,获得了传感器的电压/场强灵敏度系数、脉冲响应特性和稳定性.并通过实验室间比对进一步评估了该套测量装置的性能.     

宽量程反射式光纤位移传感器的研究

分析了反射式光纤位移传感器的输出特性,设计了一种新的宽量程反射式光纤位移传感器。以传感器的输出及其相对应的实际位移训练神经网络,建立基于神经网络的传感器逆模型,将其用于传感器输出信号的处理,扩大了测量范围和提高了测量精度。     

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。