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。     

光纤传感测量系统在超导转子旋转装置中的应用

介绍了超导转子旋转驱动原理以及应用在超导转子旋转装置中的一种光纤传感测量系统。光纤传感测量系统包括微位移光纤传感器、转速光纤传感器、电机控制光纤传感器和信号读取图形,该系统能够进行转子悬浮微位移和旋转速度的测量并提供转子旋转所需的控制信号。在4.2K低温下进行了转子悬浮旋转实验,超导球形转子悬浮微位移测量分辨率为10μm,转子转速达到了1013rpm。实验结果为进一步应用光纤传感测量系统精确监控超导转子工作姿态提供了参考。     

基于螺旋式光纤环输出光斑旋转的温度传感器

采用将传感光纤绕制在螺旋型调制器上的方法,设计了一种基于光斑旋转角度调制的新型光纤温度传感器。根据螺旋型调制器所处环境温度的变化会使传感光纤产生双折射效应,从而使出射光斑发生旋转变化的原理,通过CCD获得不同温度下的出射光斑图像的变化情况以及利用MATLAB对所得数据进行处理,可以探测出温度变化与出射光斑旋转角度的关系,达到对温度间接测量的目的。实验证明,光斑旋转角度与温度变化在一定范围内有很好的线性关系,而且该传感系统灵敏度也比较高。     

用于六自由度纳米微动台的位移传感器研制

为测量六自由度纳米微动台的运动,研制了基于光纤微弯原理的位移传感器。设计了新颖的光纤微弯调制结构,利用补偿光纤消除了光源波动对测量精度的影响。实验证明位移传感器的测量精度为±0.048μm,位移分辨率为10 nm,显著优于同原理的其他位移传感器。     

一种新颖的光纤微弯压力传感器

利用微弯探头和具有硬中心的小位移平膜片设计而成的光纤微弯压力传感器,可用于测量气体或液体的压力。本文阐述了传感器的结构及其传感机理。该光纤微弯压力传感器能够组成分布式光纤测试系统,具有机械调零、过载保护功能。     

变栅距光栅衍射特性分析

光纤式变栅距光栅位移传感器是一种新的位移传感器,变栅距光栅是该位移传感器的核心元件,传感器的位移分辨率决定于变栅距光栅的光谱分辨,分析和研究如何提高变栅距光栅的光谱分辨能力是位移传感器提高位移分辨的关键。基于夫琅和费衍射理论,推导了对于变栅距光栅,平行光入射后的衍射光强的角度分布。计算变栅距光栅参数相同,入射光斑宽度分别为5mm和10mm衍射光的分布特点;10mm入射光斑,光栅参数不同时衍射光的分布特点。实验验证了不同入射光斑宽度对光纤式变栅距光栅位移传感器分辨率的影响。由于变栅距光栅的衍射特点,入射光斑直径的大小是传感器分辨率的一个重要影响因素。     

金属涂覆多模光纤小电流传感器设计

常见的光纤电流传感器是基于法拉第旋光效应，主要用于高压大电流的测量且所用传感光纤为单模保偏光纤。利用多模光纤的微弯效应设计一种强制型小电流光纤传感器，通过检测光纤末端输出光束的光能量的变化 来实现小电流的检测。     

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。     

测量纵向位移的光纤位移传感器

提出了一种测量纵向位移的光纤位移传感器的方法。列出了3种可行性结构方案：双棱镜单光纤位移传感器、单棱镜单光纤位移传感器、双棱镜双光纤位移传感器，并对各自进行了理论推导以及系统仿真，得到了比较满意的结果。其中双棱镜双光纤位移传感器的性能最佳，在自聚焦透镜的半径为1mm的前提下，检测纵向位移的范围可以达到4mm，这为将来的实际应用提供了有效的参考。     

新型光纤环敏感元件的研究及应用实例

本文首先分析了新型光纤环敏感元件的敏感机理,给出其微弯光损耗的理论模型;然后结合C型弹簧管设计了一种新颖结构的光纤压力传感器,并通过理论分析和实验测试相结合的方法,对敏感光纤环元件的直径、匝数以及光纤环在弹簧管上的安装位置进行了优化设计。实测结果表明该光纤压力传感器的测压准确度为±0.46%。     

Shape measurement based on fiber-optic technique for complex internal surface

Reverse engineering based on fiber-optic technique is a very new topic in CAD/CAM fields. A novel single-mode fiber-optic sensor is presented based on the principle of beam reflection to implement the digitizing of complex surface shape. The fibers in the sensor probe are arranged like a spoke with eight symmetrically cross-arranged receiving fibers and one centered emitting fiber. Thus, the sensor can compensate for the offsets caused by fluctuations of surface reflectivity and light power and is fit for application under rough and formidable conditions with noncontact, fast shape measurement. A prototype was developed based on the simulation results to verify the feasibility. With the GRIN lens on the exit end of the single-mode emitting fiber, the lateral resolution was greatly improved compared with former multimode fiber-optic displacement sensors. Preliminary experiments indicated that the estimated uncertainty of displacement measurement was better than ±2 μm, and the uncertainty of ±5.6 μm can be obtained when measuring a MJ20×1.5 thread.