基于耦合模理论的光纤耦合器应变特性研究

根据单模光纤耦合器的输出功率的比值对耦合区长度变化敏感的特点,分析了熔融拉锥型光纤耦合器的工作原理。采用螺旋测微仪对光纤耦合器的应变特性进行研究,避免了悬臂梁结构自重、梁的振动等不可控因素对测量结果的影响,有效提高了测量精度。同时详细分析了环境温度以及光纤耦合器的横向应变对试验结果的影响。实验证明,熔融拉锥式单模光纤耦合器不但具有应力敏感性,而且随应变呈线性单调变化,同时也具有较好的温度稳定性和横向抗干扰性。     

耦合型光纤应变传感器监测钢筋混凝土梁实验

对已达到要求耦合比的熔锥型单模光纤耦合器,继续用低温火焰烧灼耦合区制成了用于测量建筑物应变的耦合型光纤应变传感器,并用环氧树脂将其粘贴在实际的钢筋混凝土梁上与传统电阻应变片同时进行应变测试,试验结果表明,这种传感器实际测量钢筋混凝土的拉、压应变与电测值的差别,当应变超过80 με时都在10%以内,可以在工程实际中使用.     

熔融度对熔锥型光纤耦合器特性影响研究

光纤耦合器是现代光纤器件的一个主要部分,熔融拉锥方法是目前制造光纤耦合器应用最广的方法。熔锥型光纤耦合器在制作过程中受到很多种因素影响,文本主要研究熔融度对熔锥型光纤耦合器分特性的影响研究。本文选用合适的连续函数描述了熔锥型光纤耦合器在制作过程中锥形区的渐变特性和熔融度的关系,并建立熔融性光纤耦合器的结构模型。利用数值模拟的方法,讨论了光纤耦合器在不同的熔融度情况下,分光比、插入损耗、附加损耗的变化情况。得出熔融性光纤耦合器的分光比随熔融度周期变化,对于同一种光纤耦合器,周期随着熔融度增加而越来越小。对于不同光纤耦合器,随着光纤耦合器的长度减小,每个周期的长度增加。这对生产中控制光纤耦合器分光比提供了重要的理论依据。     

熔融拉锥光纤耦合器波长响应研究

基于变分理论,分析了常规对称单模熔融拉锥光纤耦合器的腰部区域和梯度区域的耦合行为,得出了耦合器耦合比与波长的关系,并在熔融拉锥机的实验平台上进行了相应的波长响应实验,理论和实验结果都表明:在一定波长范围内,耦合比不但对波长敏感,且响应具有单调性。利用此特性,光纤耦合器有望作为光波长敏感元件,开发出结构简单、造价低廉的光波长探测器。     

单模光纤耦合声发射传感器及其应用研究

根据声发射引起的扰动振动现象.提出采用单模光纤耦合器检测振动的声发射探测技术.单模光纤耦合传感器耦合输出与传感器耦合区长度和振动频率有确定的函数关系.分析和设计了熔锥耦合型单模光纤声发射振动传感器.搭建了相应的等强度悬臂梁振动监测及解调系统,通过与当前使用的压电振动传感器的室内实验,对比测试冲击信号和周期信号,验证了该传感器能有效实现振动扰动的检测.结合岩石试件破裂实验,进一步验证光纤耦合声发射振动传感器是能实现岩石声发射检测的一种新的检测技术方法.光纤耦合振动传感器以其灵敏度高,制作简单,抗干扰能力强,性价比高,使用简单等优点在其他光纤传感器和传统的电类传感器中,具有不可比拟的应用前景.     

熔融七芯光纤球对称的Mach-Zehnder干涉传感特性

提出了一种基于七芯光纤和单模光纤熔球对称型Mach-Zehnder干涉传感器。单模光纤端面熔接制作直径180μm光纤球,将2个光纤球中间熔接一段七芯光纤,位于Mach-Zehnder干涉结构中间的七芯光纤长度为9 mm。传感器外界环境温度、曲率的改变都会使传感器的纤芯基模和包层模的光程差发生改变,从而引起传感器干涉谱发生变化,通过监测干涉谱可以实现对外界物理量的测量。通过建立的有限差分光束传播法仿真分析结果可知:光纤球结构增加了七芯光纤的光耦合效率,七芯光纤结构的干涉效应得到了有效改善。实验结果表明:当温度在20～95℃范围内变化时,传感器的温度灵敏度为58. 97 pm/℃,线性度为0. 996 22;曲率在0～1 m~(-1)变化范围内,传感器的曲率灵敏度为2. 55 nm/m~(-1),线性度为0. 996 73。设计的传感器结构紧凑、制作工艺简单、可靠性高。     

均匀和线性啁啾光纤布拉格光栅对光栅耦合器型上下话路滤波器的下话路带宽的影响

在光纤耦合器的耦合区写入光纤布拉格光栅是实现全光纤型上下话路滤波器的一种有效方法.为了分析将均匀光纤布拉格光栅和线性啁啾光纤布拉格光栅分别写入光纤耦合器的耦合区时,对光纤光栅辅助失配耦合器型上下话路滤波器的下话路带宽的影响,采用波长为248nm的紫外光,在由标准单模光纤和高掺锗光敏光纤熔融拉锥制作的2×2光纤失配耦合器上分别写入均匀光纤布拉格光栅和线性啁啾光纤布拉格光栅,实验制作了均匀光纤布拉格光栅辅助失配耦合器型上下话路滤波器和线性啁啾光纤布拉格光栅辅助失配耦合器型上下话路滤波器.经测试,在下话路端口,前者的3dB带宽和20dB带宽分别约为0.1nm和0.3nm;后者的3dB带宽和20dB带宽分别约为0.8nm和2nm.实验结果与理论分析具有较好的一致性,这说明可以通过调节在光纤失配耦合器的耦合区的均匀部分写入的线性啁啾光纤布拉格光栅的啁啾量来调节所制器件的下话路带宽.     

同时测量曲率和温度的高灵敏度光纤传感器

提出了一种基于光纤模式干涉仪的同时测量曲率和温度的传感器。采用多模—光纤锥—多模光纤熔接方式形成光纤模式干涉仪,多模光纤(MMF)作为耦合波导长度设置为半自聚焦长度,将纤芯中大部分能量耦合至包层中,以此激发高阶包层模式,对中间单模光纤(SMF)进行熔融拉锥处理,进一步激发高阶包层模式并控制包层损耗,增加干涉条纹消光比,从而增加传感器的灵敏度。通过检测干涉谷值波长以及干涉谷值功率的变化,实现对曲率和温度的高灵敏度同时探测,设计的光纤模式干涉仪的消光比高达40 dB,曲率灵敏度高达141.63 dB/m~(-1),温度灵敏度为71.43 pm/℃。     

SMF中的Stokes光频移的温度传感特性研究

本文首先从单模光纤中声学声子、泵浦光子和stokes光子的频率之间的波矢关系出发,理论推导了单模光纤中的stokes光频移与工作环境温度之间的变化关系式。接着设计了一个基于受激布里渊散射效应的多波长掺铒光纤激光器的结构装置,并实验测试了该多波长光纤激光器的Stokes光频移随外界温度的变化曲线,实验结果表明：Stokes光频率漂移量和温度之间存在很好的线性关系,且随着温度的升高,高阶Stokes光频移对温度的频移系数高于低阶Stokes光。     

熔锥型光纤耦合器制作参数测定与分析

光纤耦合器是一种用于实现光分路与合路的光元源器件,它在光纤通信与信号处理等方面得到了十分广泛的应用。本文主要研究分析不同分光比对制作2×2光纤耦合器的影响,得出了基于OC-2020型光纤熔融拉锥机制作分光比为50%、60%、70%、80%、90%的耦合器时的最佳设定分光比。     

调相谱检测技术下谐振式光纤陀螺实验研究

谐振式光纤陀螺(R-FOG)是新一代光学传感器的代表.提出一种基于调相谱检测技术的R-FOG开环系统.作为核心敏感部件的谐振腔是由长度为5.5 m的保偏光纤和耦合系数为20%的保偏耦合器组成.谐振腔直径为0.1 m.根据测试其谐振曲线,得到该谐振腔的自由谱宽、半高全宽、清晰度以及谐振深度分别为35.7 MHz、2.21 MHz、16.2和0.95.由上述谐振腔参数计算得到该系统的极限灵敏度为4×10-7rad/s.利用声光调制器在R-FOG顺时针和逆时针光路中引入不同的频率差,用于等效陀螺转动引起的Sagnac频差,得到了陀螺的模拟开环响应曲线.根据得到的等效输出响应曲线,计算出该系统的动态范围可达 13.5 rad/s到-13.5 rad/s.由开环响应曲线中得到系统的检测灵敏度为0.03 rad/s;采取措施克服系统中的噪声源,可以进一步提高系统的检测灵敏度.     

两种典型的光纤传感器研究现状与发展趋势

介绍了两种典型光纤传感器的研究和应用情况,提出了光纤传感器存在的问题及发展方向,为光纤传感器的深入研究提供了有益参考。     

Fiber optic strain twin-sensor-array for smart structural health monitoring

A multiplexed white light interferometric fiber optic twin-sensor-array was designed to monitor the structural health of large buildings. In this sensing system, based on a Michelson interferometer, an optical path matching technique is used to demodulate each twin-sensor. Each twin-sensor-array consists of a 2×N sensing element linked by a 3 dB coupler. When one of the twin-sensor is used to measure strain, variations caused by temperature can be compensated for by referencing the other twin-sensor. The multiplexing capacity of the sensing scheme has been analyzed and experimental results with a 2×3 twin-sensor-array are given.     

基于光纤温度传感器的分布式温度测量系统设计

为实现航空武器装备维护保障中环境温度监测的精细化管理,设计了一种基于光纤温度传感器(FOTS,fiber optic temperature sensor)的分布式温度测量系统.首先利用光纤温度传感器的特点,对分布式温度测量系统进行了总体设计;其次研究开发了其硬件与软件,实现了系统的层次化设计,然后结合C/S网络通信模式实现了系统的网络化管理;最后对分布式温度测量系统进行了功能和性能测试.经系统测试验证表明,该系统可以实现航空武器装备维护保障中环境温度的精细化管理,具有高可靠性、易于扩展、远程访问,测量精度高,且系统的温度测量误差小,并将温度误差控制在1％以内.     

光纤微弯传感器技术的发展与应用研究

光纤微弯传感器是一种强度调制型光纤传感器,通过光纤微弯曲导致传输光强度的损耗变化,来测量压力、温度、加速度、应变、流量、速度等环境参量;介绍了光纤微弯传感器的工作原理和特点,并详细论述了国内外光纤微弯传感器技术的发展与应用,最后,分析了光纤微弯传感器存在的局限性。     

Real-time frequency compensatory filter for adjusting dynamic bandwidth of single-degree-of-freedom sensor system

This paper presents a real-time frequency compensatory filter to control the dynamic bandwidth of a single-degree-of-freedom dynamic system. Especially, the filter is applied to a novel fiber optic accelerometer system to prove its performance. The accelerometer is very profitable for monitoring civil infrastructures; however, it has a limitation such as small dynamic bandwidth. Therefore, it is needed to extend the dynamic bandwidth of the accelerometer by using the frequency compensatory filter. In this paper, the novel fiber optic accelerometer is introduced shortly, and then the compensatory filter is applied to the fiber optic accelerometer to control its natural frequency and damping ratio. Several simulations and experiments are carried out to prove the performance of the compensatory filter. The simulations show particularly the effect of sample rate on the effectiveness of the implemented filter. As a result, it is shown that the presented compensatory filter with a proper sample rate is an efficient way to broaden the dynamic bandwidth of the fiber optic accelerometer.     

外接光纤传感器应用于碳纤维智能复合材料结构的研究

在碳纤维复合材料结构的固化过程中,埋入其中的光纤将承受恶劣的环境,这将影响碳纤维智能复合材料结构中光纤传感系统的性能,并使光纤容易发生断裂。为解决这一问题,本文对几种外接式光纤传感器进行了初步探讨,并对外接式干涉光纤传感器进行了试验。结果表明外接式干涉光纤传感器可以完成检测碳纤维复合材料结构内部应变的任务,并能避免结构内光纤断裂造成传感器的失效,降低智能结构的制作成本,对智能结构的发展具有一定的促进作用。     

Bilateral signal variance estimation for wavelet-domain image denoising

The estimation of the signal variance is a critical challenge in wavelet-domain minimum mean square error(MMSE) based image denoising.In contrast to the conventional approaches that treat the neighboring wavelet coefficients equally to estimate the signal variance at each coefficient position,here an adaptive approach is proposed that utilizes a bilateral statistical scheme adaptively adjusting the contributions of neighboring wavelet coefficients to provide an accurate estimation of the signal variance.Experimental results are presented to demonstrate the superior performance of the proposed approach.