一种应力迟滞和温度自动补偿型FBG压力传感器

基于波登管与悬臂梁的组合设计,将2个相同波长的光纤布拉格光栅(FBG)分别与悬臂梁的上、下表面对称粘贴组成差动式FBG传感系统,实现了外压力调谐双FBG布拉格波长差的调谐方法。理论分析和实验研究结果表明,该系统不仅能自动补偿FBG压力传感系统中弹性衬底元件在加压和减压过程中的弹性迟滞,而且能同时自动补偿温度,改善传感系统的线性响应特性;在0～20MPa的压力范围内,双峰波长差的调谐范围为0.0～5.6nm,压力调谐双峰波长差的灵敏度可达0.28nm/MPa,是压力调谐单峰波长灵敏度的2倍,标准误差可由单峰的0.066nm降低到0.0084nm。     

基于液体热光效应的FBG温度补偿方法

为了降低光纤布拉格光栅(FBG)中心波长对温度变化的敏感度,提出了一种FBG温度补偿新方法。用石英玻璃管对栅区包层被部分腐蚀的FBG进行罐状封装,内部填充具有一定折射率和负热光系数的液体以充当环境包层。利用液体包层热光效应影响FBG中心波长紫移的特性补偿光纤热膨胀和热光效应产生的红移特性,提高了FBG中心波长的温度稳定性,并且在25~55℃的局部温度范围内获得了0.002 2nm/℃的温度系数,使FBG中心波长的温度稳定性提高了近5倍,验证了方法的可行性。理论与实验研究表明,通过减小FBG包层厚度或选择具有较大折射率和热光系数的封装液体,可进一步提高封装后的FBG的温度稳定性。这种温度补偿方法简单可行,避免了胶粘材料封装固化过程中的光栅啁啾,拓展了FBG在光纤传感和通信中的功能化应用。     

单光纤光栅实现位移、温度同时区分测量

结合光纤光栅悬臂梁调谐的特点,采用悬臂梁矩形梁结构,将光纤光栅粘贴在悬臂梁侧面,利用反射波的带宽对应变敏感而对温度不敏感的特性解调悬臂梁自由端的垂直位移,和反射波的中心波长对温度敏感而对应变不敏感的特性解调温度,成功地实现了对位移和温度的同时测量.基于光谱分析仪0.1 nm的光谱分辨率,实验可得到位移、温度同时区分测量系统的带宽随位移变化的灵敏度为0.153 nm/mm,位移分辨率为0.193 mm,位移测量范围可达6.15 mm;中心波长随温度变化的灵敏度为0.029 nm/℃,温度分辨率为3.4℃,温度测量范围为45℃.实验结果与理论分析基本一致.     

光纤布喇格光栅应力增敏理论研究

提出了一种光纤布喇格光栅应力增敏的模型,推导了该模型的应力与光纤布喇格光栅中心波长相对偏移量之间的关系,以及增敏后的光纤布喇格光栅应力响应灵敏度系数的表达式,给出了该增敏模型的弹性模量计算公式,指出通过适当选择弹性体的弹性模量和尺寸,可以提高光纤布喇格光栅应力响应灵敏度。     

新颖的双级双程输出C L波段高功率宽带光源

在分析了采用掺铒光纤(EDF)产生C波段和L波段光的基础上，进一步分析了双级双程结构实现C L波段宽带光源(BBS)的基本原理，优化设计后并通过实验用双级双程结构实现了高功率C L波段宽带放大的自发辐射(ASE)同时输出。其中，第1级采用双程前向可实现功率为19．2mW(12．93dBm)，平均波长为1552．823nm的C L(1520～1610nm之间)ASE输出；第1级采用双程后向可实现功率为21．13mW(13．25dBm)，平均波长为1552．925nm的C L(1524～1610nm之间)ASE输出，两级所用的光纤长度分别为7m(低浓度)和31m(高浓度)。对比分析两种结构输出光谱的抽运光利用效率、光滑平坦特性后，可得出第1级采用双程后向的双级双程是一种更为理想的实现C L波段高功率ASE输出的结构。     

一种新颖的温度压强同时区分测量的光纤Bragg光栅传感器

提出了一种新颖的基于小位移平面膜片的温度压强同时区分测量的光纤B ragg光栅传感器。该传感器中的光纤B ragg光栅沿径向粘贴于膜片上。光纤光栅中心波长和峰值波长的温度响应灵敏度近似相等,与所加压力无关;压强灵敏度因膜片上所产生的非均匀应变而不同,且与温度无关。通过测量中心波长和峰值波长,实现了单根光栅对温度压强的同时区分测量。从理论和实验上给出了温度、压强响应与峰值波长、中心波长之间的关系式。在30~120℃温度范围和0~6M Pa压强范围内,用此传感器测得的温度值和压强值与用温度计测得的温度值和用压力表测得的压强值之间的偏差分别不大于2℃和0.2M Pa,此偏差大小与仪表最小分度值2℃和0.1M Pa很接近,表明该传感器具有很好的温度、压强响应特性。     

瞬态电磁波在色散介质中传播与散射的FD—TD方法

针对名色散的等离子体，从电磁场作用下等离子体的微观机制出发，推导出了一套时域有限差分计算公式，克服了卷积递归法不适用于入射脉冲中含有直流分量和较大信号入射的情况，其正确性由计算一维情况下，介质板中沿纵向传播的波的反射，透射系数的幅频特性得到验证。     

新颖的光纤Bragg光栅压强传感器的实验研究

提出了一种基于圆柱形容器和活塞结合的光纤Bragg光栅（FBG）传感模型。将FBG粘接在基底材料上，基底材料固定在活塞和容器底部间，容器内压力的变化导致活塞移动进而带动FBG所受拉力的变化，从而实现对外界压强的检测。该传感器的压强响应灵敏度系数理论值和实验值分别为0．9200nm／MPa和0．8223nm／MPa，分别为裸FBG灵敏度系数的306和274倍。该传感器有很好的线性度，线性度为0．9998。可以改变该传感器的有关参数来调节传感器的压强灵敏度系数，实现不同压强范围的测量。     

应用在油气管线的光纤光栅温度压力传感系统

为了提高光纤光栅的温度和压力灵敏度系数以满足实用化对灵敏度精度的要求,对光纤光栅进行封装设计。得到封装后的光纤光栅温度和压力灵敏度系数分别为0.052nm/℃和0.8208nm/MPa,分别为裸光栅的5倍和273倍,且传感器的温度和压力响应与光栅反射波长成良好的线性关系。通过半个月的油气管线现场实验,测得光纤光栅温度压力传感器与油气管线的电类传感器的测量值符合得特别好,该温度和压力传感系统满足了温度和压力的实时测量。     

基于反射谱带宽展宽的FBG温度补偿压强传感

利用平面圆形膜片应变调谐的特点,采用膜盒式结构,将光纤Bragg光栅(FBG)沿径向贴于平面圆形膜片,利用反射波的带宽对压强敏感而对温度不敏感的特性解调压强,成功实现了温度补偿的压强传感测量.基于光谱分析仪(OSA)的0.05 nm分辨率,实验可得到测量系统的带宽随压强变化的灵敏度为0.28 nm/MPa,压强分辨率为±0.18 MPa,压强动态测量范围可达0.0～7.2 MPa.实验结果与理论分析相符.