光纤宏弯损耗性能影响因素的仿真研究

为了优选宏弯损耗敏感光纤,研发基于光纤宏弯损耗的光学器件,对影响单模光纤宏弯损耗的主要因素进行了理论分析和仿真研究。基于D.Marcuse和H.Renner提出的光纤宏弯损耗理论模型,选取SMF28、SMF28e和1060XP三种单模光纤,仿真研究了涂覆层、弯曲半径、光源波长、MAC值和弯曲圈数对光纤宏弯损耗性能的影响。结果表明:无涂覆层、带吸收层的单模光纤宏弯损耗随着波长增长而增大、随着弯曲半径增大而减小、随着圈数增多而增大、随着MAC值增大而增大;光纤的丙烯酸酯类涂覆层会引起宏弯损耗随弯曲半径变化发生振荡;MAC值是衡量光纤宏弯损耗敏感性能的指标,也是优选宏弯损耗敏感光纤的重要参数。因此,光纤宏弯损耗器件适合选用MAC值大的光纤,去除其涂覆层,增加吸收层,然后选择较长的波长、较小的弯曲半径和适当多的弯曲圈数。     

基于光纤Bragg光栅的悬臂梁式力检测系统

采用毛细金属管对光纤光栅进行了封装,设计了一种悬臂梁式光纤布拉格光栅力检测装置,对光纤光栅的温度和力传感性能进行了实验研究,分析了基于悬臂梁的双光纤Bragg光栅的力灵敏度。结果表明:毛细金属管能够对光纤光栅提供较好的保护,封装后其温度和力传感性能稳定,温度灵敏度为11. 1 pm/℃,力灵敏度为0. 891pm/N,而在悬臂梁上正反面粘贴两个相同的FBG能够进行温度补偿的同时,使力灵敏度提高两倍。     

单模光纤宏弯损耗性能的试验研究

研究了两种光纤(SMF28和1060XP)在波长1310nm处、弯曲半径5~15mm范围内的宏弯损耗性能。观察到了两种光纤宏弯损耗整体都随着弯曲半径增大而减小,并伴有振荡现象,其中1060XP光纤对宏弯损耗更敏感。用耦合模理论解释了WGM(whispering-gallery mode)对光纤宏弯损耗振荡的影响。测量了1060XP光纤涂覆层黑化后的宏弯损耗,结果表明:将光纤涂覆层烤黑能够减轻光纤宏弯损耗振荡。     

改进光纤布拉格光栅传感性能的方法

为了改善金属化保护后光纤Bragg光栅(FBG)的传感性能,采用化学镀后随恒温水浴箱自然冷却的方法减小温度突变。实验表明:改进后化学镀前后其透射谱3 dB带宽为0.129 nm,没有改变,峰值损耗只降低了3.42%,同时其温度传感迟滞误差为1.85%,测量值中最大正反行程差值折算成温度约为1.48℃。     

基于双边滤波的焊接图像去噪

焊接自动化中大量使用图像处理技术,但焊接过程中产生的飞溅、电弧和烟尘会干扰图像质量。双边滤波算法在去噪时引入图像灰度信息,能够保留图像的边缘信息。但该算法的参数设置是个难点,在深入分析各参数作用的基础上,提出了全面的参数设定方案,重点分析空域、灰度域中,不同的方差取值与作用效果的关系,提出提高计算效率的途径。本方法已成功应用于焊接图像处理,试验证明了此方法的有效性和可靠性。     

基于FBG的悬臂梁式微力与微位移传感单元北大核心CSCD

设计了一种基于光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)的微力与微位移双物理量传感单元,采用矩形悬臂梁型弹性体结构以及两片FBG布片方式,提高了力和位移灵敏度,实现了温度补偿,位移灵敏度可通过改变悬臂梁的固定位置和长度进行调整。对传感单元的性能进行了理论分析和实验验证,结果表明:在0~1.2 N测量范围内,力实验灵敏度为889 pm/N,理论和实验的平均相对误差为6.6%,力分辨力为1.1 mN,位移灵敏度随着悬臂梁长度L的增大而减小,位移灵敏度在L为149 mm时为60.7 pm/mm,在L为99 mm时为200.3 pm/mm,位移分辨力为5μm,传感单元的线性度均达0.999以上,保持了优良的线性,可满足不同量程的微力和微位移应用场合。     

U形光纤液体折射率传感性能分析

从理论上分析了基于光纤宏弯损耗的液体折射率传感原理,在此基础上数值模拟分析了波长、弯曲半径以及液体折射率对光纤宏弯损耗性能的影响;设计了一种弯曲半径为6. 25 mm的U形光纤液体折射率传感器,采用划分区间拟合法分析了其传感性能。结果表明:光纤宏弯损耗对弯曲半径、波长和折射率均非常敏感,较小的弯曲半径和较长的波长可引起较大的宏弯损耗,在折射率1. 445～1. 7 RIU范围内,宏弯损耗随着折射率的增加而非线性减小,按小分区间拟合后,光纤宏弯损耗与液体折射率之间的响应接近线性,获得了较高的折射率灵敏度和拟合度,这为毒腐蚀性液体折射率的在线检测提供了一种方法。     

光纤光栅钎焊嵌入金属梁及传感性能研究

为了实现金属结构内部温度和应力实时监测,以SnAg共晶合金为钎料将光纤光栅钎焊嵌入了钢质简支梁。分析了嵌入金属梁的光纤光栅温度、压力传感特性;试验监测了简支梁温度、压力与光纤光栅中心波长变化。结果表明,嵌入的光纤光栅中心波长和温度变化与梁所受压力大小都成线性关系,温度传感灵敏度比裸光栅提高了约一倍。     

基于SVR模型的水下焊接最佳工艺

焊接工艺参数的确定,是水下焊接研究领域的重要内容,但恶劣的焊接环境使之成为研究的难点. 以水下湿法浅水药芯电弧焊(FCAW)为研究对象,将其看成一个多输入多输出(MIMO)的非线性系统,利用支持向量回归机(SVR)提高建模精度和预测速度. 首先在正交试验设计的基础上,利用SVR构建水下焊接模型,并与多元非线性回归及BP神经网络所构建的模型进行拟合精度的比较,然后将SVR模型融入进化算法(EA)的全局优化中,利用模型计算个体的评价函数,通过种群进化操作,得到满足要求的最优参数. 结果表明,该方案具有使用方便,效率高,精度好的优点,并能推广应用于众多类似领域,具有重要的理论和实践价值.     

光纤宏弯传感器研究进展

从光纤宏弯曲损耗和微弯曲损耗的基本原理出发,介绍了光纤宏弯传感系统的构成和原理,对光纤宏弯传感器的研究现状进行了详细论述,分析了研究中存在的问题,提出了一种基于光纤宏弯传感的智能结构.