基于两光斑旋转的光纤传感器的温度稳定性研究

为了研究基于两光斑旋转的光纤传感器对温度变化的灵敏性,设计了一种基于光斑旋转角度调制的新型光纤传感系统。在一根光纤上绕制2个光纤环,通过改变光纤环1的直径使光纤发生宏弯损耗获得2个光斑,将光纤环2置于水温控制箱中,观察温度的变化与出射光斑发生旋转的关系。为了更好地对比,还观察了温度变化与三光斑角度旋转的关系。通过对光纤宏弯损耗及光纤环耦合原理的分析,利用MATLAB对实验数据进行处理,得出了两光斑光纤传感器具有温度稳定性的结论。     

基于光斑旋转的光纤温度传感器

设计了一种基于光斑旋转的新型光纤温度传感器,采用在一根光纤上绕制2个光纤环的方法,通过对一个光纤环直径的调节使其发生宏弯损耗,以获得合适出射光斑数;对另一个光纤环置于水温控制箱中,观察温度的变化与出射光斑发生旋转的关系。利用MATLAB对实验数据进行处理,获知光斑角度与控制箱温度存在很好的线性关系,同时实验分析了光纤环的直径、光纤环的紧绕圈数对传感器灵敏度的影响。     

大光斑离轴式光纤旋转连接器的耦合性能

针对直接对准型离轴式光纤旋转连接器中自聚焦透镜准直器出射光斑小、光纤耦合损耗大和有效对准时间短的问题,本文提出了一种由双合透镜和热扩芯光纤构成的大光斑光纤准直器。基于出射光斑在相对旋转过程中重叠面积的周期性变化规律,分析了准直器间存在径向误差和角向误差时的耦合损耗变化。根据转子圆环和出射光斑尺寸得到耦合损耗为3 dB时的理论有效对准时间。为此搭建了光纤耦合实验平台测试其耦合性能及有效对准时间。实验结果表明,光纤准直器采用的单模光纤模场直径越大耦合损耗越低,其中模场直径为28μm时耦合损耗低至0.22 dB。在转速为60 r/min时,通过光电转化和函数拟合得到四种模场直径光纤准直器的有效对准时间。模场直径为17μm时最大有效对准时间为7.05 ms,与理论值7.1672 ms基本一致。最后应用光纤布拉格光栅传感实现无接触式传输光信号。这种设计为大光斑离轴式光纤旋转连接器的研究及其在光纤传感领域的应用提供了理论和技术支撑。     

基于光斑旋转位移光纤传感器的多点监控

为了实现位移传感器的多点监控,设计了5个光纤环组成的光纤传感器,通过减小其中1个光纤环的半径使光纤出射端获得双光斑,当其他4个的任意1个光纤环在外力的作用下产生形变时,会使出射双光斑发生旋转,通过记录和分析4个光纤环形变和输出双光斑的旋转角度之间的关系,获得周围环境人员流动情况。实验表明,光斑旋转角度与传感器位移在一定范围内存在良好的线性响应关系,该传感器可以有效地应用于实际的多点监控中。     

基于 D 型光纤光斑图的折射率传感特性研究

本文设计并制备了一种单模-D 型-多模光纤结构,利用光纤传导模式间的干涉以及 D 型光纤的非对称结构,获得对外 界变化响应极其灵敏的光斑图,并基于纹理特征算法解调出光斑的特征值,由特征值与折射率之间的一一对应关系实现折射率 传感。 对传感特性的研究中,从仿真与实验的角度讨论了不同抛磨长度、抛磨深度对传感特性的影响,仿真与实验结果均表明, 抛磨长度 2 mm 和抛磨深度 18 μm 参数的 D 型光纤结构折射率传感特性最佳,仿真与实验结果一致,证明了研究方法的正确性 以及 D 型光纤光斑传感器进行折射率传感的可行性。 实验中,能量值(EN)折射率测量灵敏度最高可达-1. 86 / RIU,拟合度达 到 0. 964,相关性值(COR)折射率检测灵敏度最高可达-0. 23 / RIU,拟合度达到 0. 979。 由于光斑检测的分辨力极高,因此,该方 法为高分辨力折射率测量提供了很好的思路。     

基于光纤环输出光斑旋转的位移传感器图像处理方法

光纤传感器以其耐水、耐高温、抗电磁干扰等优势备受青睐,通过介绍基于光纤环输出光斑旋转的位移传感器的原理与实验现象,提出了一种基于质心计算的图像处理方法,该方法能更加精确地测量光斑旋转角度。该方法通过以旋转轴为中心,对每一个光斑分别跟踪求取质心坐标,得到每个光斑对应的角度,并计算角度旋转变化的值,从而得出该位移传感器随位移线性变化的关系。实验结果表明,该方法更加准确且有效。     

基于输出光斑旋转的光纤微弯位移传感器

为研究光纤微弯位移传感器,在单模光纤传输系统中设计了一个光纤圈和光纤微弯传感器。通过改变光纤圈的直径,以获得两个光斑,通过移动光纤微弯传感器,记录输出光斑旋转情况,并分析了传感器的移动位移和输出光斑的旋转角度之间的关系。实验表明,光斑转移角度与传感器位移在一定范围内存在良好的线性响应关系,因此可通过检测光斑图像的旋转来实现位移量的测量。     

基于BOTDA技术的分布式光纤温度传感试验系统

建立了基于BOTDA(布里渊光时域分析技术)的分布式传感实验系统,该系统由150 mW窄带激光器、50 mw窄带激光器、声光调制器、脉冲发生器、环形器、频率计数器、光电探测器及相应光学器件组成.进行了温度传感试验,获得传感光纤处于25℃、35℃、45℃及55℃时的布里渊频移谱,通过对不同温度下频移谱峰值进行拟舍得出该系统的温度系数.进行了分布式光纤温度传感试验,将传感光纤分成3段,中间段置于温控箱中,调节温控箱的温度,使中间段温度不同于其他两段,扫描泵浦激光频率,使得处于室温下的传感光纤中发生受激布里渊散射,利用示波器获取了当光脉冲为2μs时系统输出电压信号波形.     

极坐标下LAMOST光纤坐标检测方案

介绍极坐标下用多个线阵CCD对大尺度范围内多目标位置检测方法及系统搭建情况.对LAMOST光纤定位系统中球面焦面板上4000个光纤头位置的检测,采用极坐标旋转扫描装置进行检测.试验系统主要包括:控制主机,多个线阵CCD,精密旋转台,扫描梁,旋转平台,积分球光源以及自行设计的数据处理程序.检测装置包括精密旋转台和扫描梁,后者由多片线阵CCD软拼接而成,采用"光重心法"对光纤出射光斑处理从而获取光纤端部的位置.实验结果理想.     

双圈同轴光纤束传感器三维空间输出特性研究

针对航空发动机的实际故障特点,首先,分析了对航空发动机涡轮叶片三维叶尖间隙、包括叶尖表面径向间隙、轴向与周向倾角三维参数的变化信息进行光纤传感检测的需求;然后,针对拟采用的光纤传感器形式——双圈同轴光纤束传感器在反射面相对传感器端面存在径向间隙、空间倾角的情况下建立了三维空间输出调制函数模型,设计了接收光纤虚像端面与入射光斑的交叠面积补偿算法以及接收光纤虚像端面的平均光强修正算法;其次,对建立的传感器输出特性数学模型在反射面平行、仅存在轴向倾角、轴向周向均存在倾角这3种情况下分别进行了仿真计算,并与相同探头参数下的实验结果进行了对比分析;最后,对不同光纤传感器参数下的输出特性进行了仿真。结果表明,新建立的双圈同轴光纤束传感器三维空间输出特性数学模型不仅从理论角度还原出了传感器在反射面三维空间参数变化下的输出特性,还能指导不同三维空间位移测量应用下的光纤传感探头设计工作。     

保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环的光学游标效应及温度传感器

为了实现高灵敏度的温度传感,通过在基于保偏光纤Sagnac干涉仪的Sagnac环内增加一段保偏光纤,控制两段保偏光纤快轴熔接角度接近45°,设计并制造了保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环结构。在理论上通过Jones矩阵推导了保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环的干涉谱公式,基于仿真分析研究了主要参数对保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环输出特性的影响。仿真结果表明,保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环实现了光学游标效应,两段保偏光纤的平均长度、两段保偏光纤的长度差分别影响保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环输出干涉谱的波长间隔和包络周期;在实验中,将保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环应用在光纤温度传感器中。实验结果表明,在2cm的感温区域,保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环温度传感器的灵敏度就达到了-2.44nm/℃,是普通Sagnac干涉环温度传感器(-0.163nm/℃)的14.97倍。     

Novel torsion sensor using a polarization maintaining photonic crystal fiber loop mirror

A novel torsion sensor employing a short length of polarization maintaining photonic crystal fiber was inserted into the fiber loop mirror with an output probe. The sensing scheme was described theoretically by a Jones matrix and experimentally demonstrated. The results showed that the sensitivity of the intensity loss in response to the twist angle may be up to 0.0394 dB/° and a resolution of 0.025° was achieved. This torsion sensor is attractive due to its compact size, insensitivity to temperature, and suitability for longer distance transmission than conventional sensors.     

干涉型分布式光纤传感系统抗偏振衰落性能研究

为了解决分布式光纤传感系统中常出现的偏振衰落现象,提高系统的稳定性,在分析了系统检测原理基础之上,基于单模光纤的双折射等效琼斯矩阵,建立了分布式光纤传感系统模型,明确了采用不同反射器件条件下,探测光强I与入射光偏振角度i的关系。通过试验证明系统采用旋转角为π/2的法拉第旋转镜(FRM)具有较好的抗偏振衰落特性。     

变构型飞行器蒙皮多维大尺度变形重构方法

变构型飞行器在执行不同飞行任务时会大尺度地改变机翼结构和蒙皮形状,蒙皮多维大尺度的变形重构是变形飞行器研究中的难点。本文针对这一问题,提出一种基于多芯光纤传感的变形飞行器蒙皮变形形状重构方法。该方法基于多芯光纤光栅应变传感原理,利用传感器上的多个光栅传感点,建立光栅波长漂移和曲率之间的转换关系,实现三维曲线重构。此外,为了重构变构型飞行器多维大尺度变形下的形状,本文研究了将重构曲线转化为飞行器机翼的展开角和翻转角,并结合两个角度和飞行器机翼的长宽等固有参数,通过拟合插值将两个角度变化引起的变形连续化,实现了柔性蒙皮多维大尺度变形重构。同时,本文为了减小温度造成的误差,利用多芯光纤中间纤芯不受拉伸和压缩、只受温度影响的特点,将中间纤芯与旁轴纤芯的中心波长漂移量做差,实现温度解耦。为了验证本文变形重构方法的有效性,对飞行器蒙皮多种不同情况下的变形进行了实验测试,并将形变重构结果与视觉测量进行了对比。研究结果表明,飞行器蒙皮多维大尺度变形重构的平均误差为7 mm,变形角度重构的平均误差为3.6%,可以实现变构型飞行器蒙皮多维大尺度变形重构,该方法在航空航天器等结构变形监测领域具有良好的应用前...     

基于ＳＧ 算法和ＢＰ神经网络的 角度传感器信号处理研究

:针对电解角度传感器在实际应用中容易受到环境因素的影响出现误差干扰，如果不加以处理 会导致定位精度降低，影响系统的控制精度的问题，提出一种旨在提高传感器测量精度的多传感信号拟合 算法。该算法首先使用ＳＧ 算法对传感信号的滤波，实现信号数据序列的平滑，降低异常数据点的出现概 率，随后使用 ＢＰ神经网络对多个角度传感器和环境温度传感器的输出信号进行误差估计，降低环境温度因 素对角度传感器的误差干扰。实验表明，综合使用这两种算法对角度传感信号进行处理能够有效提高角度 传感器的测量精度。