扭转螺旋型力学微弯长周期光纤光栅的光谱特性

利用两个交替放置的周期性V型刻槽板对均匀扭转后的普通单模光纤径向施力制作螺旋型力学微弯长周期光纤光栅(H-MLPFG)。通过实验研究了周期压力和扭转率对该光栅传输谱特性的影响,以及其偏振相关特性。结果表明,施加在光纤的径向压力可以改变H-MLPFG的耦合强度,但不影响其谐振波长变化,LP_(13)耦合模耦合强度在波长1 549.75nm处为30.1dB。当光纤扭转率由0增大到5.38rad/cm,LP_(11)、LP_(12)和LP_(13)模对应的扭转灵敏度分别为1.59、1.82和2.24nm/(rad·cm~(-1))。光纤扭转率为0.90rad/cm时,LP_(13)包层模具有最大偏振相关损耗,在波长1 550.45nm处偏振相关损耗约为6.86dB,对应的谐振波长分离值为1.4nm。该方法制作的LPFG模式耦合强度和谐振波长具有可调谐和可重构性的优点、且结构简单,在光纤通信和传感领域具有潜在的应用价值。     

高双折射光纤光栅扭转传感器的设计

提出了一种新型的基于高双折射光纤光栅的扭转传感器结构,通过对光纤光栅的模耦合理论和高双折射光纤扭转特性的分析,建立了扭转高双折射光纤光栅传输矩阵的数学模型,并对其进行了理论仿真和实验,该系统测量范围大,分辨率为0.012°,灵敏度为0.13/rad.     

倾斜光纤光栅周期对其透射谱的影响

倾斜光纤光栅作为一种特殊结构的光纤光栅,近年来受到了研究人员的广泛关注。基于模式耦合理论,仿真研究了光栅周期对倾斜光纤光栅透射谱的影响规律。研究结果表明,纤芯导模与包层模的波长差和光栅周期之间存在良好的线性关系。利用这一结论可提高倾斜光纤光栅在应变测量中的灵敏度和检测精度,且能够实现单光纤多测量的目的。     

用于机械装备的高性能光纤光栅倾斜传感器

实时的倾斜状态监测对大型风电塔筒、海上浮吊等重大机械装备的服役安全非常重要，而现有的电磁信号原理的倾斜传感器存在难以适应恶劣环境、大规模组网能力差、信号传输不够稳定等实际问题，为此研究了一种光纤光栅原理的新型倾斜传感器。基于经典等强度梁弹性元件，创新提出一种质量块与等强度梁之间活动连接和弹簧减震连接的新型倾斜传感机制。与现有的光纤光栅倾斜传感设计相比，被测对象振动引起的质量块摆动可被阻隔吸收，实现质量块和悬臂梁之间只传递力而不传递振动的良好效果。在阐述传感器结构设计细节、测量理论的基础上，制备了传感器样机，开展了全面的性能测试。试验结果表明，传感器在±15°的量程内，具有146.899 pm/（°）的高灵敏度，测量分辨率可达6.8×10^-4°，重复性误差小于4.125%。传感器还具备优越的抗蠕变性能、-40℃到60℃温度环境的适用性和良好温度补偿能力。经过对比测试，传感器的综合测量精度可达0.157°，且抗振动效果明显，在大型机械装备的安全监测领域应用潜力巨大。     

温度自动补偿超磁致伸缩材料布拉格光栅光纤电流传感器

基于超磁致伸缩材料,提出了一种传感光纤光栅(S-FBG)和参考光纤光栅(A-FBG)相结合的温度自动补偿全光纤交流电流传感器。此传感器将传感光纤光栅和参考光纤光栅级联呈"十字形"后粘贴在超磁致伸缩材料上,然后将其置于聚磁回路狭缝内;同时控制传感光纤光栅的径向与磁场方向相同,而参考光纤光栅的径向与磁场方向相反。最后,将S-FBG的中心波长置于A-FBG反射谱的边带上,通过检测两光纤光栅级联反射光强的变化实现了电流测量及温度自动补偿。选用3dB谱宽分别为0.23nm和0.08nm的A-FBG和S-FBG进行了实验测试,结果表明:有效安匝电流为1.0~138.2A时,该传感器可实现线性测量,线性度为0.996 3,测量灵敏度为16.0 mV/A,最小可测有效安匝电流为1.0A。     

基于粒子群解耦算法的 FBG 流量温度复合传感研究

针对光纤布拉格光栅流量温度复合传感解耦困难的问题,提出了一种基于粒子群解耦算法的光纤布拉格光栅流量温度复合传感器。首先,结合光纤布拉格光栅传感理论和流量温度复合传感理论,研究了基于光纤布拉格光栅的流量温度复合传感机理。然后,设计了悬臂梁为空心圆柱的一体靶式结构的光纤布拉格光栅流量温度复合传感器,搭建了流量温度实验系统平台,进行了温度和流量复合传感实验。最后,提出了一种基于粒子群算法的FBG流量温度复合传感解耦方法,并运用所设计的粒子群算法对实验数据进行流量与温度解耦研究。研究结果表明,解耦后传感器在3～8 m~3/h的范围内其流量最大误差为0.014 m~3/h,温度最大误差为0.021℃,流量测量误差为0.28%,温度测量误差为1.5%,流量均方误差为1.16×10^-4 m~3/h,温度均方误差为1.53×10^-4℃,与神经网络算法进行性能比较后,结果表明所采用的粒子群算法解耦效果良好,有效地提高了传感器的测量精度。     

新型光纤光栅加速度传感器的设计与实现

利用光纤光栅作为基本传感元件，设计制作了一种基于悬臂梁结构的新型光纤光栅加速度传感器。测量范围＋／-10g，灵敏度10mg，测量频率小于100Hz。与光纤加速度传感器相比，光纤光栅加速度传感器具有更高的稳定性及抗干扰能力。并且由于光纤光栅本身的波分复用的特性，可以很方便地构成加速度传感网络进行测量。     

倾角对倾斜光纤光栅光谱特性的影响

基于倾斜光纤光栅模式耦合理论,研究了倾斜角度对光纤光栅光谱特性的影响,并应用OptiGrating软件进行数值模拟仿真。通过对不同倾斜角度得到的光纤光栅反射谱及透射谱的研究发现,随光栅倾角的增大,布拉格波长的中心波长偏移,同时反射率下降,而包层模式耦合增强,透射损耗变大,群时延减小。仿真结果对光纤光栅的设计和优化有一定的指导意义。     

应用800nm飞秒激光制备长周期光纤光栅

利用800 nm钛蓝宝石飞秒激光器制备了长周期光纤光栅,并实验验证了长周期光纤光栅的高温特性.基于摄像头和电动位移平台设计了激光精确对准光纤纤芯的方案;以计算机控制1.3 mW飞秒激光,使用逐点曝光法在未经载氢处理的光纤上刻写了长周期光纤光栅,实验显示该光栅在1 200～1 700 nm波段的主谐振峰值可达-17 dB.利用高温箱对长周期光纤光栅进行高温传感特性实验,在300～800℃得到的主谐振峰温度响应灵敏度为0.056 nm/℃,线性度为0.992.实验结果表明,提出的以800 nm钛蓝宝石飞秒激光器制备长周期光纤光栅的方法稳定可靠,写制的光栅在高温环境下变化均匀,不易退化,响应特性良好,适用于高温检测.     

深圳先进技术研究院研制出黑磷光纤传感器

正近日,中国科学院深圳先进技术研究院研究员吕建成、喻学锋与英国班戈大学教授陈险峰等合作,成功研制出首个基于黑磷的光纤化学传感器,实现对重金属离子的超灵敏检测。倾斜光纤光栅是一种新型的光纤器件,大角度倾斜光栅结构能够将纤芯光学基模前向耦合到光纤包层,在特定的波长形成一系列离散的谐振峰,     

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.     

Springback analysis in torsion of rectangular strips

A theoretical analysis of the springback of narrow rectangular strips under torsional loading is presented. The theoretical analysis is supported by experimental results for different materials, different thicknesses and different lengths, keeping the width of the strips constant. Finally an analytical generalized expression relating angle of twist and twisting moment and residual angle of twist per unit length for rectangular bars under plastic torsion is obtained in non-dimensionalized form.     

Springback analysis of thin rectangular bars of non-linear work-hardening materials under torsional loading

A theoretical analysis of the springback of narrow rectangular strips of non-linear work-hardening material under torsional loading has been carried out. This theoretical analysis is supported by experimental results for rectangular mild steel strips of different thicknesses and lengths. Finally an analytical generalized expression relating angle of twist to twisting moment and residual angle of twist per unit length for rectangular strips under plastic torsion is obtained in non-dimensionalized form. A comparison between the results obtained for bars of non- linear and linear work-hardening materials loaded under torsion is also made.     

DETERMINATION OF CONCENTRATION AND TEMPERATURE BY A FABRY-PEROT CAVITY FORMED BY TWO FIBER BRAGG GRATINGS

A sensing system based on a Fabry-Perot cavity formed by two fiber Bragg gratings for simultaneous measurements of temperature and liquid concentration is reported. Detailed analysis and discussion of the spectral transmission characteristics of the device are provided based on Coupled-Mode Theory. Through numerical simulation of spectral transmission, reflection spectra are shown to be influenced by the grating and Fabry-Perot cavity lengths, and sensing properties of temperature and liquid concentration are studied. A fast Fourier transform based demodulation method that simultaneously demodulates temperature and liquid concentration signals of the device was studied. The use of the fast Fourier transform provides absolute measurements with high sensitivity. The temperature sensitivity was 0.0104 nm/°C, the resolution was 1°C, the error of repeatability was 4%, the hysteresis was less than 0.010 nm, and the sensitivity of the measurement on liquid reflection was 0.01%.     

利用超短FBG光谱线性区的传感解调系统

为了研究一种星载光纤光栅传感解调系统,通过高掺锗光纤载氢增敏和优化紫外曝光功率,实现了栅区长度小于0.5mm,反射率大于40%,3dB带宽大于5nm,反射谱边缘有效线性区域大于2nm的超短光纤光栅的写制。提出了一种将超短FBG作为传感器件,利用其光谱线性区进行传感解调的方法。将中心波长位于光谱线性区域的稳频激光入射到超短光纤光栅,随着超短光纤光栅光谱的漂移,反射光的功率随之变化。由于稳频激光位于线性区域,返回光功率与光谱漂移量呈线性关系,因而可实现传感测量。将该系统用于应变和温度的测量,结果表明,光功率随应变、温度变化具有较好的线性关系,线性度分别为0.997和0.999,灵敏度分别为54.59nW/με和230nW/℃。该方法可用于温度及应变的精确测量,并且具有结构简单、功耗小、测量空间分辨率高等潜在优势。     

长啁啾光纤光栅传感特性分析及分布式位置识别研究

针对复杂环境下传统位置传感器易受电磁干扰、复合材料兼容性差等缺点提出了基于长啁啾光纤光栅的分布式位置传感系统。通过对长啁啾光纤光栅传感原理的理论分析,得到其反射谱与作用力位置之间的关系,利用相关匹配算法对长啁啾光纤光栅的特征谱序列进行解调,并搭建了基于长啁啾光纤光栅分布式位置识别测试系统。试验结果表明:在0-300mm范围内,其位置传感监测曲线的线性相关系数大于99.98%;与标准位置测试数据进行对比,其误差低于±1mm。该传感方法适用于复杂环境下位置传感系统的分布式测量,具有较高的参考意义和实际应用价值。     

光谱学方法测量多光纤光栅色散研究

用光谱学方法测量多个光纤光栅的反射色散.利用部分相干理论对方法原理进行分析,所建立的系统适用于多个光纤光栅反射带宽不重叠的情况,对系统略作改造也可用于测量单个光纤光栅透射色散.对整幅干涉图进行一次性数据处理或对每个干涉信号分开处理都可以得到待测光纤光栅的群时延.实际测量结果证明了系统的可行性.