基于双LPFG解调的高灵敏度振动检测系统

基于边缘滤波解调原理,提出了一种利用双长周期光纤光栅（LPFG）解调光纤布拉格光栅（FBG）振动传感信号的新方法。利用传输光谱叠加后的双LPFG作为边缘滤波器,增大了FBG传感信号解调灵敏度。静态实验结果表明,利用单、双LPFG作为滤波器解调的灵敏度分别为-1．1965dB／nm和-2．4836dB／nm,双LPFG解...     

基于Lyot滤波器和长周期光纤光栅的温度与应变的同时测量

提出了一种基于光纤干涉原理的同时测量温度和应变的传感器,通过在Lyot滤波器(LFF)中熔接一段长周期光纤光栅(LPFG)构成。其中LFF由在起偏器(PL1)和检偏器(PL2)中嵌入一段保偏光纤(PMF)构成。实验结果表明,LFF的干涉谱和LPFG的谐振峰对温度和应变有不同的响应灵敏度,因此可利用敏感矩阵实现对温度和应变的同时测量。实验测得LFF和LPFG的温度灵敏度分别为-1.3173nm/℃和0.0604nm/℃,应变灵敏度分别为-0.0185nm/με和-0.0004nm/με。温度和应变的测量精度分别为±1℃和±25με。该系统采用线性结构,结构简单、易于实现,具有较高的灵敏度和稳定性,同时测量结果具有良好的线性度。     

飞秒写制长周期光纤光栅的液体浓度测量实验研究

利用逐点写入法在去涂敷层的普通单模通信光纤中直接写入了长周期光纤光栅(LPFG),实验获得的LPFG在C波段的谐振波长1 538.8nm,衰减强度达10.63dB。其氯化钠和蔗糖溶液浓度传感特性实验表明,随着盐溶液浓度的增大,LPFG的谐振波长向左线性漂移,盐浓度每增加1%,波长向左漂移约0.05nm;随着糖溶液浓度从0%增大为50%,LPFG的谐振波长向左非线性漂移量高达约8nm。实验结果表明:飞秒激光逐点写入法操作简单,容易控制诱导的周期性折射率微扰在纤芯和或包层的位置,从而制备出对低浓度液体敏感的LPFG化学传感器;同时飞秒激光写制的LPFG具有较高的外界环境灵敏度,有望用在化学浓度传感中。     

带有温度补偿的微流传感器研究

提出一种基于双长周期光纤光栅(LPFG)的边孔光纤微流传感器。该边孔光纤(SHF)内有2个空气孔,是天然的微流体通道,该微流传感器可进行温度补偿。利用CO2激光器在边孔光纤上写入双LPFG,其共振波长分别为1 268.7 nm和1 385.8 nm。实验结果表明,当传感器置于折射率1.335~1.395的甘油水溶液中,2个LPFG共振峰的折射率灵敏度分别为88.724 nm/RIU和79.474 nm/RIU,温度灵敏度分别为52.0 pm/℃和55.7 pm/℃,利用折射率和温度灵敏度可推导出传感器的传感矩阵。该文所提出的带有温度补偿的微流传感器具有良好的线性响应度,可实现折射率和温度的同时测量,在环境监测和食品安全领域有潜在价值。     

基于多模干涉和长周期光纤光栅的温度及折射率同时测量

基于多模干涉理论和长周期光纤光栅(LPFG)的传感特性,提出了一种单模-多模-单模(SMS)结构与LPFG级联的光纤传感器,实现了温度和折射率的同时测量。实验结果表明,SMS结构的干涉谱和LPFG对温度和折射率具有不同响应灵敏度,其温度灵敏度分别为0.017nm/℃和0.060nm/℃;SMS结构对折射率不敏感,而LPFG的折射率灵敏度为-35.60nm/RIU(RIU为折射率单位)。因此利用敏感矩阵,实现对温度和折射率的同时测量,得到温度和折射率的最大测量误差分别为±0.59℃和±0.0013。该结构灵敏度高、结构简单,且不易受电磁等干扰。实验结果具有良好的线性度,在生物化学领域应用前景良好。     

长周期光纤光栅传感信号解调技术研究现状

长周期光纤光栅(LPFG)对温度、应变、液体浓度等外界环境变化的敏感度要远高于光纤布拉格光栅(FBG),在传感领域具有广泛的应用前景。然而LPFG的传感信号解调技术尚不成熟,大大制约了LPFG在传感领域的应用。针对现有LPFG传感信号的解调方法进行分析与评述,着重介绍了基于边沿滤波技术、法布里-珀罗(F-P)腔扫描滤波技术和阵列波导光栅(AWG)技术的几种解调方案,并对各个方案在解调精度、速度、成本等方面进行了比较与分析。此外,介绍了实现LPFG复用解调的方法,并在总结已有技术优缺点的基础上对LPFG信号解调技术的发展趋势进行了展望。     

飞秒直写长周期光纤光栅及其液体折射率特性研究

利用800 nm飞秒激光在未经载氢处理的HI1060光纤中制作了长周期光纤光栅(LPFG).采用逐线刻写方式实现了谐振波长为1 548.4 nm的LPFG,谐振强度为12 dB,栅区长度小于4 mm.使用不同折射率的氯化钠溶液、蔗糖溶液和酒精溶液分别对LPFG的折射率特性进行了测试和研究.实验中随着三种溶液折射率增加,LPFG的谐振波长发生红移,该LPFG在氯化钠溶液、蔗糖溶液和酒精溶液中的折射率灵敏度分别为175.34、175.31和331.89 nm/RIU.实验结果表明,这种基于飞秒激光制作的LPFG对液体折射率变化有较高的灵敏度,可用于液体折射率传感测试.     

级联长周期光纤光栅的温度特性研究

对级联长周期光纤光栅(C-LPFG)的温度敏感特性进行了理论和实验研究。讨论了C-LPFG的谐振波长温度灵敏度与包层模的阶次、光纤光栅周期的关系,进行了20～80℃温度传感实验,实验结果表明,谐振波长与温度成线性响应,升降温数据的重复性比较好,测得其谐振波长温度灵敏度为0.250 1nm/℃、而相同参数的LPFG所测得的谐振波长温度灵敏度为0.131nm/℃。表明,C-LPFG的温度灵敏度远高于同样参数的LPFG。     

基于双光栅级联结构的温度及浓度传感特性测试

研究了长周期光纤光栅（LPFG）级联布拉格光纤光栅（FBG）结构的温度及浓度传感特性。利用飞秒激光直写制作LPFG并级联FBG,且FBG波谷位于1 551.9 nm,LPFG波谷位置为1 560.5 nm。在30~50℃温度变化范围内对传感器温度特性进行测试,并在25℃超净环境下对浓度为3%~30%的葡萄糖溶液进行敏感性测试。实验结果表明:升温过程FBG中心波长发生红移,灵敏度26.36 pm/℃,线性度0.950 8;LPFG中心波长发生蓝移,灵敏度-24.55 pm/℃,线性度0.914 2。降温过程FBG中心波长发生蓝移,灵敏度25.00 pm/℃,线性度0.945 8;LPFG中心波长发生红移,灵敏度为-21.82 pm/℃,线性度0.921 2。FBG对浓度变化不敏感,当浓度由3%增至30%时,LPFG中心波长发生蓝移,灵敏度196.36 pm,线性度0.956 5。结果表明该光纤传感器灵敏度高,线性度好,可以同时动态实现温度和浓度的测量。     

基于长周期光纤光栅的成品油中乙醇含量检测

提出采用长周期光纤光栅(LPFG)测量乙醇汽油与乙 醇柴油的研究。利用耦合模理论分析了LPFG的折射率敏感特性,得到LPFG谐振波 长漂移量与外界环境折射率的关系,并将其用于乙醇汽油 和乙醇柴油中乙醇含量的检测,得到乙醇汽油与乙醇柴油中乙醇含量与LPFG谐振波长漂移量 的 关系。实验结果表明,乙醇汽油中,乙醇含量每改变1%,谐振波长平均漂移量为0. 047nm;而乙醇柴油溶 液中,乙醇含量每改变1%,谐振波长平均漂移量为1.154nm。实验测量与 理论仿真的结果基本一致,验证了LPFG用于乙醇汽油和乙醇柴油检测的可行 性。     

基于光纤Bragg光栅的地震检波器的理论与实验研究

提出了一种新型的基于光纤Bragg光栅(FBG)的地震检波器。FBG地震检波器传感头由平面弹簧片、质量块和FBG构成。给出了该检波器的力学模型,理论推导与分析了该检波器的幅频特性和加速度灵敏特性,并讨论了影响该检波器灵敏度的主要因素。实验结果表明,该检波器具有良好的线性度、稳定性和耐受性;检波器的频率响应范围为10～140 Hz,传感器灵敏度为25.9pm/g,共振频率为167 Hz,较符合理论值;最高可检测加速度值大于30g。     

基于3×3耦合器的马赫-曾德尔干涉仪的光纤光栅波长解调技术

介绍了一种基于3×3和2×2光纤耦合器构成的非平衡马赫-曾德尔干涉仪的波长解调方案。理论分析和数据对比表明,相对于由两个2×2光纤耦合器构成的马赫-曾德尔干涉仪,本干涉仪具有宽谱的灵敏度、能跟踪波长的变化方向和相位展开的优点。实验方案用于测量固定在悬臂梁上的传感光纤布拉格光栅(FBG)的峰值波长变化,获得了±1 pm的静态波长解调精度,在10 Hz处的动态分辨率为27 n/εHz。相位展开算法使得应变测量范围达到了2014με,对应的相位变化为3.22π。     

金属环封装低频光纤布拉格光栅振动传感系统研制

研制了一种金属环封装的单柱体芯轴式光纤布拉格光栅(FBG)振动传感器,搭建了基于非平衡迈克耳逊干涉仪相位载波调制(PGC)解调技术的FBG振动传感器解调系统,实现了低频振动信号的高精度实时解调,并分析了各参数对传感器谐振频率和灵敏度等特性的影响。实验结果表明,研制的FBG振动传感器谐振频率为388Hz,在10～200Hz频率范围内,传感器的加速度灵敏度约为81pm/g,且加速度响应平坦,起伏小于1dB,与理论分析结果基本一致。研制的振动传感器可实现200Hz以下低频振动信号的实时检测,解调系统的波长检测精度为1.07×10-3 pm,最小可检测加速度为1.3×10-5 g。     

Utilization of Extrinsic Fabry-Perot Interferometers with Spectral Interferometric Interrogation for Microdisplacement Measurement

The paper presents a number of signal processing approaches for the spectral interferometric interrogation of extrinsic Fabry-Perot interferometers (EFPIs). The analysis of attainable microdisplacement resolution is performed and the analytical equations describing the dependence of resolution on parameters of the interrogation setup are derived. The efficiency of the proposed signal processing approaches and the validity of analytical derivations are supported by experiments. The proposed approaches allow the interrogation of up to four multiplexed sensors with attained resolution between 30 pm and 80 pm, up to three times improvement of microdisplacement resolution of a single sensor by means of using the reference interferometer and noise-compensating approach, and ability to register signals with frequencies up to 1 kHz in the case of 1 Hz spectrum acquisition rate. The proposed approaches can be used for various applications, including biomedical, industrial inspection, and others, amongst the microdisplacement measurement.     

800 nm FBG sensing interrogation system based on tilted FBG

An 800 nm band fiber Bragg grating sensing interrogation system using tilted FBG as the core wavelength division component is presented. A charge coupled device (CCD) linear array is put on the focal plane of the lens to detect the light. TFBG is used to tap light out of the fiber core to fiber cladding. The sensing wavelength is 795 to 830 nm,with accuracy of 20 pm and scan speed 100 Hz. Using FBG sensor,we achieve the temperature sensitivity of 1.8 ℃ and strain sensitivity of 18 με.     

高灵敏度大带宽光纤光栅微地震检波器研究

提出了一种基于铰链连接的光纤布拉格光栅(FBG)微地震检波器,理论分析了检波器的灵敏度和谐振频率,讨论了光纤连接位置和质量块转动惯量对灵敏度和谐振频率的影响,提出了获得高灵敏度和大带宽的优化方法,并采用有限元方法进行了模拟验证。制作了检波器样品,并采用商用解调仪进行了测试,获得了高于40pm/g的灵敏度和1kHz的谐振频率,系统的等效噪声低于0.1mg/Hz,表明本文检波器可应用于微地震监测中的高频微弱地震信号探测。