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。     

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.     

长周期光纤光栅温度传感器应变交叉敏感的研究

长周期光纤光栅是透射谱光栅,纤芯基模与同向各阶包层模发生耦合,谐振波长和幅值对外界环境的变化非常敏感,比传统布拉格光纤光栅具有更好的温度、应力、弯曲、扭曲、横向载荷、折射率等的传感特性.由于长周期光纤光栅对两个或者多个参量都是敏感的,当光纤光栅用于传感测量时,很难分辨出各个参量分别引起的被测量的变化,交叉敏感问题比布拉格光纤光栅严重的多.交叉敏感是光纤光栅传感中的关键问题.分析了目前较为典型的解决策略和方案,在此基础上提出了联系的思想和解决方案,提出并实验验证了一种解决长周期光纤光栅温度传感测量中应力与温度的交叉敏感问题.充分利用了LPFG温度与应变交叉敏感的现象,利用联系的思想,将应变对温度的负面干扰转变为正面的增敏.     

FBG传感对应变，温度及湿度的同时测量

为更好地解决交叉敏感这一光纤光栅应用中的瓶颈问题,该文从光纤布喇格光栅(FBG)的传感理论出发,分析了光纤光栅在同时测量应变、温度及湿度时交叉敏感的物理机制.通过给光纤光栅外层镀湿敏材料和温敏材料,推广了双光栅法解决交叉敏感的思路,采用三光栅法实现同时对应变、温度及湿度的测量,并设计了相应的解调方案.通过控制步进电机对基于悬臂梁的匹配光栅施加压力或拉力,从而与传感光栅进行匹配,能对传感光栅的波长漂移量进行高精度的测量.     

光纤光栅传感器交叉敏感问题解决方案

光纤光栅传感器温度和应变的交叉敏感问题是光纤传感研究的重点和难点。介绍交叉敏感产生的物理机理,然后从双波长矩阵法、双参量矩阵法和温度(应变)补偿法3种基本思想出发,介绍交叉敏感的解决办法,并分析各种方法的优缺点,以便于能够针对不同的应用环境选择最优的解决办法。     

双光栅π相位差温度不敏感加速度传感技术研究

提出了一种基于π相位温度不敏感的双光纤布拉格光栅加速度传感技术,并设计了双光栅加速度传感器,对该传感器的温度特性和加速度对中心波长的响应进行了研究。给出了该传感器的结构及封装方法。从理论上分析了基于π相位温度不敏感的双光纤布拉格光栅加速度传感原理,分析了温度和加速度对波长的响应关系,推导了该光栅加速度传感器的响应灵敏度的解析表达式。通过实验分析双光栅的加速度响应和平坦区。实验结果表明,在温度比较宽的范围内,可实现温度不敏感加速度的准确测量,加速度响应灵敏度为15.52 pm/(m.s-2),实验值与理论值的相对误差为3.06%,加速度与波长具有较好的线性关系,线性度为99.8%,在小于共振频率的低频段具有较好的平坦区。表明该双光纤布拉格光栅加速度传感器具有温度不敏感特性,能实现低频加速度的准确测量。     

温度应变双参量同时测量的光纤传感技术研究

光纤光栅用于传感领域存在应变和温度的交叉敏感问题。从温度与应变的分离方法方面主要分双波长矩阵法和双参量矩阵法两类,综述了用于温度和应变同时测量的光纤光栅传感器的最新研究成果,对一些基于其他理论的新方法也做了简要的介绍。概括了各方法的基本原理,并对这些方案的优点和不足进行了分析。     

用光纤光栅的啁啾效应实现温度不敏感的位移传感

将均匀周期光纤布拉格光栅斜向粘贴于矩形悬臂梁的侧面,通过调节弹性梁自由端的位移,使其产生啁啾,利用光纤光栅的啁啾效应,实现了温度不敏感的位移传感。由于传感量为光纤光栅的带宽,有效地解决了温度交叉敏感问题,在位移传感实验中获得了很好的线性响应度。     

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。     

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。     

A modified dual-wavelength matrix calculation method

Fiber grating is an optical passive device which has been greatly developed in recent years.The largest application for fiber Bragg grating (FBG) is the fiber sensor.Cross-sensitivity of fiber grating sensor is the most important problem which has restricted the development of the fiber sensor.In this paper, we explain how the crosssensitivity problem is produced based on the basic principle, and we suggest a modification for the traditional dual-wavelength matrix calculation method, which is used to solve the cross-sensitivity problem.The modified calculation method has a higher accuracy than the traditional one.     

光纤光栅交叉敏感解决方案研究

交叉敏感问题是光纤光栅传感中的关键问题。分析了交叉敏感问题存在的物理机制,系统介绍了几种较为典型的解决方案,并提出一种新型可实现温度自补偿的光纤光栅结构克服交叉敏感问题。     

Tunable dual-wavelength all-PM fiber ring laser

A multisegment all-PM fiber ring laser is constructed to demonstrate a tunable dual-wavelength laser source with continuous tuning in absolute wavelength and discrete tuning in wavelength spacing. The tuning method is based on birefringence filtering properties of a segmented all-PM fiber ring resonator. Using this method, we show a discrete wavelength spacing of dual-wavelength output from 0.9 to 2.5 nm, and continuous wavelength tuning over a few nanometers. The demonstrated dual-wavelength laser can be easily modified to tune over a greater wavelength spacing and absolute wavelength range     

Experimental study on cross-sensitivity oftemperature and vibration of embedded fiber Bragg grating sensors

In view of the principle for occurrence of cross-sensitivity, a series of calibration experiments are carried out to solve the cross-sensitivity problem of embedded fiber Bragg gratings (FBGs) using the reference grating method. Moreover, an ultrasonic-vibration-assisted grinding (UVAG) model is established, and finite element analysis (FEA) is carried out under the monitoring environment of embedded temperature measurement system. In addition, the related temperature acquisition tests are set in accordance with requirements of the reference grating method. Finally, comparative analyses of the simulation and experimental results are performed, and it may be concluded that the reference grating method may be utilized to effectively solve the cross-sensitivity of embedded FBGs.     

掺钕激光晶体双波长振荡条件的理论研究

阐述了具有双下能级四能级结构的激光介质产生双波长激光的原理,介绍了二镜腔内两个波长同时振荡所要满足的阈值公式,数值计算发现空间烧孔效应的存在使阈值条件从一条曲线拓宽为一个区域,使两个波长更容易同时起振。然后,计算了激光晶体长度和泵浦功率对双波长阈值条件的影响,结果发现在增益饱和前晶体越长,泵浦功率越高,越容易出现双波长激光。最后,计算了几种常用掺钕激光晶体的双波长阈值曲线,对比发现Nd:YAP晶体由于具有两个相近的发射截面而更适合于产生双波长激光。     

Modified transfer matrix formulation for bragg grating strain sensors

This paper presents a formulation for the application of the transfer matrix method to Bragg grating strain sensors. A modified T-matrix representation is detailed for the sensor problem based on an effective period derived from the coupling coefficients. This modified T-matrix formulation is shown to converge to the coupled-mode equations solution for a large number of grating segments, even in the presence of significant strain gradients. Several numerical examples are presented to demonstrate the importance of inclusion of the strain gradient in the calculation. In addition, the current formulation is validated by application to previously published experimental data.     

超分辨测向中奇异值分解的FPGA实现

奇异值分解是超分辨测向技术的核心组成部分,现有的并行实现方案适用范围窄,运算量大,迭代时间长.为了满足测向接收机系统的高实时性需求,结合双边Jacobi算法的交换策略和单边Jacobi算法的求角结构,提出了一种改进的实现方法.该实现方法修正了脉动阵列的收敛性问题,提高了复数矩阵的收敛速度.同时,给出了算法的现场可编程门阵列(FPGA)实现结构.仿真结果证明该方案耗时在百微秒以内,能够应用于电子侦察设备.     

双波长补偿光纤M-Z干涉仪偏置相位漂移

为克服原补偿方法在某些相位点的失效,提出采用双波长法,并进行了实验验证。实验中,固定一个波长,调整另一波长直至两波长达到特定间隔,此时在任意的偏置相位下均能获得没有衰落的补偿后的信号。实验结果表明,这种新的双波长补偿方法可以适合干涉仪偏置相位任意变化的情况,可有效地克服环境温度变化等因素引起干涉仪输出信号的衰落。