一种用于泥石流地声监测的FBG加速度传感器

针对泥石流地声的特性,设计了一种悬臂梁 结构的光纤布拉格光栅(FBG)加速度传感器。理论分析了FBG传感器灵敏度、谐振频率的 影响因素,对传感器 的关键参数进行了优化设计;引入抗弯光纤、高分子超薄涂覆以及CCD解调等新技术,改 善传感器的灵 敏度、串接复用等性能;最后进行了对比测试。实验结果表明:所设计的传感器灵敏度高达 400pm/g,固有频率为310Hz,能很好地满足 泥石流地声监测的要求。     

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。     

光纤光栅加速度传感器高灵敏理论模型研究

以提高光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)加速度传感器灵敏度为导向,理 论研究增敏机理模型,并建立优化和综合性能评价判据。首先,依据惯性器件工作的机理, 建立FBG加速度传感器的通用物理新模型,讨论分析传感器的敏感结构体与FBG的设计方 式,研究其灵敏度的响应机理。其次,分析惯性质量、封装光纤长度、敏感结构体刚度和光 纤的杨氏模量对灵敏度的影响,探寻敏感结构体刚度的阈值边缘条件,实现其高灵敏度。最后, 提出FBG加速度传感器“品质因子”的概念,结合传感器的物理参数的阈值条件,研究品 质因子与惯性质量和封装光纤长度的关系。这不仅为FBG加速度传感器综合性能的评判提 供可靠的依据,还对传感器的设计与优化具有重要的理论指导意义和实际的应用价值。     

全保偏光纤加速度矢量传感器的设计与实验

阐述了全保偏光纤加速度矢量传感器的基本工作原理,进行了三维探头结构设计,对系统的谐振频率和加速度灵敏度进行了理论分析,并进行了一维光纤加速度传感器实验,验证了这种全保偏光纤加速度矢量传感器的谐振频率和加速度灵敏度理论分析和结构设计的合理性.     

一种基于柔性铰链的FBG加速度传感器

为了适应光纤传感器在采煤机中的应用,提出了一种基于柔性铰链的光纤布拉格光栅(FBG)加速度传感器,其质量块通过柔性铰链和基座连接。基于传感器的结构模型,从理论给出了传感器的灵敏度和谐振频率公式,并讨论了结构参数对传感器灵敏度和谐振频率的影响,还利用有限元法分析了传感器的静态和动态特性。实验表明,本文传感器的谐振频率为2kHz,峰-峰值灵敏度为22pm/g,横向抗干扰度小于10%,适用于1kHz以下加速度的测量。     

高灵敏度稳定光纤光栅温度传感器的研究

为了提高光纤Bragg光栅(FBG)的温度灵敏度,设计了一种双金属FBG温度增敏装置。增敏装置利用不同金属热胀系数的差异和巧妙的增敏结构,大幅度提高了FBG的温度灵敏度。从理论分析了增敏结构的增敏原理,并给出了波长温度响应关系式。使用此增敏装置制作了一种高灵敏度的FBG温度传感器。为了保证FBG长期固定的稳定性,在制作传感器时使用了低熔点玻璃焊接工艺。实验中,测得增敏FBG温度传感器的温度灵敏度系数达到345.9 pm/℃,是裸FBG的35倍,线性度为0.999 89。对增敏前和增敏后的FBG反射谱进行了对比,结果表明,增敏装置对FBG反射光的功率和反射谱的形状影响很小。对增敏FBG温度传感器的稳定性进行了测试,并用裸FBG作为参考,测试结果显示,增敏装置对FBG的稳定性没有造成影响。     

光纤F-P腔与FBG复用传感器精确解调方法研究

建立了基于光纤Fabry-Perot(F-P)腔与光纤Bragg光栅(FBG)串联复用结构传感器的解复用数学模型,分析了串联复用中FBG与F-P腔光谱的叠加对各自解调的影响,得到了分离FBG与F-P腔光谱的方法,从而实现双参数测量高精度解调的目的,并采用基于扫描激光器的波长查询系统验证了该方法的有效性。实验结果表明,该解调方法可以消除串联复用时光纤F-P腔与FBG间的交叉干扰,光纤F-P腔的解调数据最大离散值小于0.2nm,FBG峰值反射波长测量数据最大离散值小于0.7pm。     

基于弹性管的光纤布拉格光栅加速度传感研究

为实现光纤光栅加速度测量,提出了一种基于弹性管的两点式封装光纤布拉格光栅(FBG)加速度传感器。首先理论分析了其传感原理,并建立了其响应灵敏度的解析表达式,通过引入加速度理想灵敏度的概念,讨论了此类型加速度灵敏度的频率响应;其次,基于该模型设计了FBG加速度计,实验研究了加速度的幅频响应特性、谐振频率和加速度的线性响应。结果表明:在小于共振频率的低频段具有较好的平坦区,加速度与波长具有较好的线性关系,线性度为99.8%,加速度响应灵敏度为63.0pm/G。实验值与理论值的相对误差为0.98%,实验与理论吻合的较好。     

增敏型级联双参量测量的光纤传感器北大核心CSCD

旨在有效解决液体折射率检测中温度和折射率交叉敏感的问题,研制了一种增敏型光纤光栅(FBG)级联马赫-曾德尔(M-Z)结构的温度、折射率双参量测量的光纤传感器。通过多次熔接实验,调节相应参数将单模光纤(SMF)和薄芯光纤(TCF)进行拉锥熔接;然后在TCF的另一端熔接无心光纤(NCF),制备出M-Z光纤干涉仪;再在NCF末端级联上铝制毛细管增敏封装后的光纤光栅(FBG),最终完成双参量测量的光纤传感器的制备。根据M-Z干涉原理及FBG模式理论,计算了增敏FBG理论的温度灵敏度,给出了传感器的灵敏度系数矩阵与温度、折射率与透射谱的波长漂移量的理论公式。搭建了温度、折射率传感测试系统,实验结果表明:在15~85℃温度范围内,随着温度增加,该传感器的透射谱逐渐红移,封装后的FBG和M-Z结构的温度与波长偏移量线性相关系数分别为0.96323和0.91577,温度灵敏度分别为33.71 pm/℃和11.58 pm/℃;在室温下(25℃),液体折射率在1.333RIU~1.34235RIU范围内,随着折射率增加,FBG透射谱不发生偏移,M-Z透射谱逐渐蓝移,折射率与波长偏移量线性相关系数分别为0和0.98761,折射率灵敏度分别为0 nm/RIU和-493.51322 nm/RIU。该传感器可以有效提高温度、折射率的检测精度和灵敏度,可应用于环境、生物、石油化工和食品生产等领域。     

基于膜片与菱形结构的光纤布拉格光栅加速度传感器

提出了一种基于膜片与菱形结构的光纤布拉格光栅(FBG)加速度传感器,理论分析了传感器的加速度检波机理,推导了其灵敏度和谐振频率表达式。利用ANSYS和MATLAB软件对传感器的结构参数进行了优化设计,得到了尺寸更小但能满足实际应用需求的FBG加速度传感器,构建了有限元模型并仿真了传感系统的振动特性。制备了传感器实物并进行了动静态特性测试。结果表明:在20～90℃温度条件下,FBG传感器具有较好的温度自补偿效果,有效减小FBG中温度对加速度测量的影响;该传感器1阶固有频率约为681.4 Hz,在频率为0～500 Hz范围内,传感器灵敏度与振动信号频率呈良好的线性关系;膜片与菱形结构的组合应用增强了传感器横向抗干扰能力,并使得横向干扰度小于5%。     

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。     

双光纤-悬臂梁FBG加速度传感器研究

针对现有悬臂梁FBG加速度传感器光纤表面粘贴会造成FBG受力不均匀,并且无法在温度变化和振动等复杂的环境中工作的问题,提出一种双光纤-悬臂梁结构的FBG加速度传感器。理论分析了结构参数对传感器灵敏度和固有频率的影响,并采用ANSYS有限元分析软件进行了静应力和模态仿真分析,最后搭建了测试系统对传感器进行性能测试。结果表明,加速度传感器的固有频率为84.86Hz,在15~60Hz的低频段具有平坦的灵敏度响应,双光纤在增加传感器的灵敏度的同时有效消除了温度变化的影响,加速度灵敏度为156.70pm/g,线性度为99.38%,刚性梁有效增加了结构的稳定性,在工作频段内的横向串扰为-26.97dB。     

高灵敏抗冲击光纤光栅微振动传感器

针对高灵敏度的光纤布拉格光栅（FBG）振动传感器的抗冲击可靠性,设计了一种具有限振结构的双悬臂梁型FBG振动传感器,理论分析了结构参数与灵敏度和振动位移的关系,进行了结构优化,确定了限振幅度。制作了限振幅度约为90m的传感器样品,对传感器的加速度灵敏、频率响应、抗冲击性能进行了测试,结果表明,传感器的加速度灵敏度达到525 pm/g,谐振频率约为66 Hz,传感器经过50 g反复冲击,频响特性具有良好重复性,表明传感器具有较高的可靠性。     

光学微球腔尾纤曲率敏感特性研究

光学微球谐振腔由于其超高的Q值及极小的模式体积等优点,在高灵敏度传感和光通信等方面得到了广泛的研究,理论分析了尾纤弯曲产生的应力双折射,并分析了其对微球腔谐振特性的影响。定量地改变尾纤弯曲曲率,测试微球腔的谐振波长,研究了微球腔尾纤对弯曲曲率的敏感特性。实验结果表明,光学微球腔尾纤弯曲影响着微球腔的谐振模式,能够导致谐振波长变化,随其弯曲曲率的变大,微球腔的谐振波长持续红移,能够用来测量曲率。     

Review of fiber Bragg grating sensor technology

The current status of the fiber Bragg grating (FBG) sensor technology was reviewed. Owing to their salient advantages, including immunity to electromagnetic interference, lightweight, compact size, high sensitivity,large operation bandwidth, and ideal multiplexing capability, FBG sensors have attracted considerable interest in the past three decades. Among these sensing physical quantities, temperature and strain are the most widely investigated ones. In this paper, the sensing principle of FBG sensors was briefly introduced first. Then, we reviewed the status of research and applications of FBG sensors. As very important for industrial applications,multiplexing and networking of FBG sensors had been introduced briefly. Moreover, as a key technology, the wavelength interrogation methods were also reviewed carefully. Finally, we analyzed the problems encountered in engineering applications and gave a general review on the development of interrogation methods of FBG sensor.     

基于柔性铰链结构的高灵敏度低频光纤光栅加速度传感器

设计了一种基于柔性铰链结构的光纤光栅加速度传感器,进行了结构理论分析,并构建有限元模型仿真分析了传感器的加速度传感特性。基于F-P滤波器构建了具有温度自补偿功能的光纤光栅加速度检测系统,并通过增加反馈控制电路,对F-P滤波器进行反馈控制,实现了系统的零点自温度补偿。对系统的特性进行了实验测试,结果表明:系统对加速度的连续激励信号和冲击激励信号均有良好的动态响应,系统的固有频率为380.0 Hz,动态响应范围可达65.6 dB,频率响应范围为10.0 ~240.0 Hz,灵敏度为236 pm/g,所设计的加速度传感器具有较强的横向抗扰能力,干扰方向灵敏度仅为工作方向灵敏度的3.5%。     

光纤光栅传感器阵列化与温度补偿研究

利用啁啾光纤Bragg光栅（FBG）反射和长周期FBG边沿滤波，提出并实现了一种综合的FBG传感快速解调方案。封装1对FBG进行应变差动传感、同时消除温度影响，不增加波长资源占用并使应变灵敏度得到有效提高，温度影响在很大范围内几乎为0。在全光纤化解调温度补偿型传感的基础上，研究了两路时分复用的设计方法，给出了时分链路间延迟光纤与光脉冲和解调端时分选通门的关系，实验结果与理论分析吻合。     

粗芯光纤光栅的光谱特性研究

光纤光栅具有插入损耗小,波长选择性好,易于调谐,使用灵活等优点,成为光纤激光器首选谐振器件.为了适应高功率光纤激光器的发展需求,在粗芯光纤上直接刻制光纤光栅用作谐振器件成了新的研究方向.首先对粗芯光纤光栅中的模式耦合进行理论分析,然后在粗芯光纤上制作了光纤光栅.通过试验发现,改变粗芯光纤的模式激发方式可获得不同的光栅光谱.