基于宏弯损耗原理的光纤微力传感器北大核心CSCD

针对微操作/微装配系统中夹持力和装配力微小、不易感测,且微器件易变形、断裂等问题,设计一种基于宏弯损耗原理的光纤微力传感器,用于微力传感。建立了光纤微力传感器测量微小力的传感方程,仿真研究了微力传感器结构参数对传感性能的影响,并通过测试验证了理论模型的正确性。结果表明:基于宏弯损耗的光纤微力传感器可实现微小力的绝对测量,并且可以通过优化光纤微力传感器的结构参数,实现分辨率和测量范围的调整。文中研制的光纤微力传感器,分辨率可达6 mN。     

基于光纤弯曲损耗的光纤对线器

光纤弯曲时会产生功率损耗,并从弯曲处辐射出来.在同一根光纤的两端施加合适的光纤弯曲,高灵敏度的光电检测器检测弯曲辐射功率变化,在不中断通信条件下达到光纤对线的目的.低耗高效的嵌入式系统实现数据的采集和处理;主机和干扰夹持器无线连接,便于单人操作.     

多模光纤弯曲损耗特性的测量与分析

分析了多模光纤强度型微弯传感器中多模光纤的弯曲损耗。提供了弯曲半径为1mm~8mm和10mm~26mm,光源波长为0.633μm、0.780μm、0.830μm G raded Index多模光纤的弯曲损耗特性的测试结果。首次观察到了多模光纤弯曲损耗随着弯曲半径的减小而增大的趋势,以及在弯曲半径为10mm~26mm范围内损耗特性的不平滑性,并利用传播常数和W G模理论对此现象进行了解释。     

刻纹光纤传感器在温度测量中的应用

介绍一种新型的金属敷层刻纹光纤温度传感器，对其测温原理进行了研究。实验结果表明：该传感器的特性由结构参数和金属敷层材料种类所决定，其温度响应是线性的，具有较好的重复性，无迟滞现象和较高的温度响应灵敏度。     

单模光纤熔接损耗分析及自动对准与熔接系统

本文分析了单模光纤熔接损耗的主要原因,导出了连接损耗计算式,提出了保证给定损耗对自动对准条统的精度要求,介绍了CSM—1型单模光纤熔接机自动对准与熔接系统及自动对准系统精度,熔接损耗等验收测试结果。     

基于WPM的高精度光纤Bragg温度传感系统研究与设计

根据边缘滤波器的Bragg光栅温度解调原理,利用DSP2407作为处理芯片,设计完成了光电转换和信号调理电路,构建并实验研究了低成本温度传感检测解调系统。解调系统采用双光路结构,并提出了一种对称双通道信号数据融合方案,从理论与技术上做到消除由于激光光源和光路造成光强波动带来的测量漂移问题。引入数字温度计与设计光纤光栅温度系统,利用恒温水槽进行了对比实验。实验数据表明:在环境温度对光源以及对整个系统的影响下,系统温度测量仍具有良好的稳定性与精度。     

基于光纤弯曲损耗的矿用乳化液浓度检测方法研究

乳化液浓度对液压支架工作性能和使用寿命有重大影响。分析了现有的乳化液浓度检测方法,根据裸光纤弯曲损耗与折射率关系的理论分析,进行了裸光纤弯曲损耗和乳化液浓度关系的实验研究,提出了通过检测裸光纤的弯曲损耗来确定乳化液浓度的方法。设计了检测裸光纤在乳化液中弯曲损耗的检测装置,并对不同浓度乳化液与裸光纤弯曲损耗关系进行了实验研究。实验结果表明,采用裸光纤弯曲损耗法可以测出乳化液的折射率,再根据乳化液折射率与其浓度的对应关系,可以间接推算出被测乳化液浓度。最后,对基于光纤弯曲损耗折射原理的乳化液浓度在线检测方法进行了研究。     

光纤Bragg光栅温度和应变传感特性的试验研究

在光纤Bragg光栅传感原理的理论分析基础上,采用保温装置和等强梁结构对其温度和应变传感特性进行了试验研究,并做了试验结果的误差分析.其结果表明光纤光栅的Bragg波长随温度和轴向应变的变化呈现出良好的线性关系,且重复性较好.试验测得的温度灵敏系数升温时约为9.54 pm/℃,降温时约为9.53 pm/℃,理论计算值约为9.72 pm/℃;应变灵敏系数加载时约为1.006 pm/με,卸载时约为1.005 pm/με,理论计算值约为1.011 pm/℃;其试验值与理论计算值吻合得很好.同时介绍了一种简单实用的温度补偿技术,得出了考虑温度补偿后的实际应变与光栅波长的关系式,并采用焊接应力在线监测试验对其温度和应变传感特性的标定值进行了验证,为光纤Bragg光栅在铝合金工程结构中进行温度和应变监测提供了理论依据和试验数据,对光纤Bragg光栅传感测量的工程应用具有借鉴作用和重要意义.     

基于光纤传感的高压开关柜温度监测原理与设计

光纤传感器的出现,为高压电气设备温度监测研究提供了新的思路。采用电测温度探头和光纤传输相结合的方法,利用电传感技术和光纤耦合的高电压绝缘、抗电磁干扰性能强等优点,可实现对高压开关柜温度的实时监测。     

基于切趾光纤光栅阵列的温度传感系统设计

研究采用二次曝光切趾技术制做了高反射率并具有高边模抑制比的光纤光栅(FBG).利用虚拟仪器技术设计了此切趾光纤光栅温度传感阵列系统,有效地扩大了系统的容量并消除由反射旁瓣所带来的信道串扰问题,可实现对电力、油井系统等的温度分布的多点实时监测.此设计为高容量温度应力传感以及密集波分复用系统的实现提供了有益的参考.     

高灵敏度长周期光纤光栅温度传感器的设计

为提高光纤光栅温度传感器的灵敏度,文中采取纤芯弹光系数大于包层弹光系数的长周期光纤光栅且在其包层外面涂覆一层随温度的升高折射率减小的薄膜材料,同时采用热膨胀系数大的金属封装光栅三种增敏措施。计算表明,增敏后的温度传感器其灵敏度系数为0.2375nm/℃,温度测量分辨力小于0.1℃。     

Sensitivity-optimized long-period fiber gratings for refractive index and temperature sensing

A long-period fiber grating sensor was fabricated by periodically changing the structure of single-mode fiber with an electric arc discharge technique. After the fabrication, the refractive index and temperature sensitivities were optimized by etching the cladding with hydrofluoric acid solution. The experimental results illustrate that the thinner cladding shows relatively higher refractive index and temperature sensitivities for the same order cladding mode, which are accordant with that of numerical simulation. After the long-period fiber grating was etched for 15?min, average refractive index sensitivities of 214?nm/refractive index unit (RIU) (1.3333?–?1.3931) and 1987?nm/RIU (1.4115–1.4555) were achieved. An extremely higher refractive index sensitivity of 2731?nm/RIU appears near 1.4555. By systematically studying the temperature sensing characteristic of cladding-etched long-period fiber grating in this work for the first time, the temperature sensitivity can reach as high as 144.23?pm/°C when the ambient temperature changes from 30 to 80°C. This work provides a theoretical reference for the fabrication of a high-sensitivity refractive index and temperature sensor based on arc-induced long-period fiber grating.     

光纤涂层用于光频域反射仪温度传感的仿真研究

为了设计用于光频域反射仪（optical frequency domain reflectometer, OFDR）温度传感的涂层光纤,提升OFDR的温度灵敏度,增加其适用场景,从理论上分析了1层和2层涂层对单模光纤中瑞利频移温度灵敏度的影响并进行了仿真。考虑到外涂层的几何、热和机械性能,首先,用Lame解理论分析涂层对OFDR瑞利频移温度灵敏度的影响;其次,基于温度带来的光纤轴向应变关系以及光纤与1层涂层之间的力平衡,提出了仅含1层涂层的简化解;最后,针对建立的理论模型,对1层以及2层外涂层光纤的瑞利频移温度灵敏度进行了仿真。结果表明,瑞利频移温度灵敏度随着外涂层的杨氏模量、半径和热膨胀系数的增加而增加,而与涂层泊松比几乎无关。本研究结果将有助于提高OFDR在高温度灵敏度和低温场景中的应用。     

分布式光纤测温技术综述

光纤传感器以其独特的优点得到了人们的普遍关注,尤其分布式光纤传感技术在土木工程等大范围测量领域成为研究热点。通过对目前分布式光纤测温技术的系统论述,提出了分布式光纤测温技术的两个研究方向:基于光纤后向散射的光时域及频域反射技术的分布式光纤测温和基于光复用技术的光纤光栅分布式测温。通过对分布式光纤测温技术两个方向的工作原理、特点及性能的理论分析及仿真实验,综合论述和分析了分布式光纤测温技术两个方向的优点和缺陷,以及在具体工程中的实际应用。     

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。     

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。     

Theoretical analysis for the influence of the core radius on long period fiber grating sensors

Abstract

The influence of core radius on refractive index sensitivity of long period fiber grating (LPFG) sensor has been studied theoretically for the first time, and a new method to fabricate LPFG sensor with high sensitivity is proposed. The structure and parameters of the optical fiber, the period of the gratings, and the coupling order of the cladding modes are all held consistent in the process of studying the change of the core radius. The resonant wavelength of LPFG sensor shifts with changes in the external environment, which is simulated by the transfer matrix method. The sensitivity of LPFG sensor is enhanced by more than 200 times when the core radius increases from 3.1 to 5.1?μm. The results show that LPFG sensors with larger core radii have higher sensitivity. Selecting a fiber with a large core radius to fabricate LPFG sensors is proposed as a method to improve the sensitivity of these devices. This new simple and effective method is expected to be widely used in the manufacture of high sensitivity LPFG sensors in the future.     

玻璃封装医用小型光纤光栅温度传感探头

针对体内测温、特别是肿瘤热疗体内温度实时监测对温度传感探头的体积、韧性和抗电磁干扰能力的要求,对医用小型光纤光栅温度传感探头进行了研究。提出了利用玻璃管封装短光纤布拉格光栅来有效避免应力引起的误差以及金属封装对电磁场分布的影响,同时提出用医用聚氨酯套管包裹探头及光纤来有效地保护探头及光纤并使其具备很好的韧性。封装后,探头截面直径为1mm、长度约为4mm。实验测量了稳定温度源在不同温度下探头的反射波长响应和温度变化时探头的响应时间,并测量了医用热疗机加热猪肉时肉内部的温度变化过程。结果表明,体温范围内探头反射波长与温度的线性相关系数可达0.999 95,温度传感精度为0.2℃,探头最大响应时间约为4s,并能实时监测医用热疗机加热猪肉时其内部的温度变化。     

Simultaneous measurement of strain and temperature using a hybrid local and distributed optical fiber sensing system

Structure multi-parameters measurement, such as strain, displacement, corrosion and temperature, is of the utmost importance for structural health monitoring. Meanwhile uncoupling method of temperature and strain has still a technical problem in structure sensing measurement. In this paper, we proposed a method for simultaneous measurement of strain and temperature using a hybrid local and distributed optical fiber sensing system. The principle of the method is investigated and then validated by the theoretical simulation experiments and tensile tests in laboratory. Furthermore, one experiment for internal force measurement of a smart stranded wire, under the interaction of temperature and strain, is also conducted in lab. The experimental results show that the strain and temperature can be well measured simultaneously by using one multi-signal optical fiber sensor.