Optical fiber sensor for vibration amplitude measurement

An optical fiber vibration sensor capable of measuring vibration amplitudes ranging from 1 mm down to 0.1 μm with a wide range of frequencies form 0.5 Hz to 100 kHz is described. The proposed method can be used to calibrate accelerometers. In this method the light from a tungsten halogen lamp is made to pass through an optical fiber whose exit end is mounted on the object under test. The emergent light is detected by a lock-in amplifier and then measured by a digital panel meter which can be made to give direct reading of the vibration amplitude. The main advantages of this method are wide dynamic range, wide frequency range, linearity, noise reduction, ruggedness, and light weight. The ultimate detectability can be as much as 0.5 Å/√Hz at 1 kHz     

利用波长检测的光纤温度传感器

基于应力型保偏光纤传输差对温度的敏感性及保偏光纤模式干涉理论,提出了利用波长的温度检测方法并推导出传感方程.传感方程表现出的温度与干涉频谱中对应的空间频率间呈线性关系,简化了温度解算的程序.实验中,对Fabry-Perot(F-P)可调谐滤波器的工作电压与相对应的允许通过波长的关系进行了研究,并使用F-P可调谐滤波器取代光谱仪来获取光谱,简化了实验设备.由于被测信息仅与波长信息有关,而与光在传播过程中所引起的光源光功率的浮动无关,所以,使用这种检测方法消除了光源的浮动以及光在传榆过程中的损耗等对系统的稳定性和精度的不利影响,提高了传感器的环境适应能力.     

基于波导调制器的全保偏光纤微振动传感器

为了解决干涉型光纤传感器中光源频率调制深度与干涉仪光程差的相关性,以及压电陶瓷(PZT)调制的高频限制和非线性效应,设计了全保偏光纤马赫一泽德干涉仪结构,引入保偏光纤波导相位调制器替代常见的光源调制及PZT调制,采用低噪声单频保偏光纤激光器作为光源,通过相位载波零差解调方法,实现了微振动信号的保真拾取.通过波导调制器的引入,增加了系统的灵活性和频响范围,并使灵敏度达到了10-5 rad/Hz1/2量级.     

简支梁结构的光纤光栅振动传感器

提出了一种新型的基于简支梁结构的光纤布拉格光栅(FBG)振动传感器,将FBG斜向粘贴在矩形简支梁侧面上,在梁中间设置重物来传感竖直方向的振动信号.实验中使用偏心轮作为振动源,并在梁上粘贴电阻应变片进行对比实验.使用光电探测器(PD)和示波器同时检测传感器受竖直方向振动信号作用时FBG的反射光功率与电阻应变片的响应信号....     

新型光纤Bragg光栅振动传感系统

分析并实验研究了一种基于机械感生长周期光纤光栅(MLPFG)解调的新型光纤Bragg光栅(FBG)振动传感系统。利用机械线加工技术(MLPT)为制作周期为600μm、长为60mm的不锈钢槽板,采用机械感生法写制了中心波长1539.820nm、谐振线性边带大于6nm的MLPFG作为滤波器。选用中心波长为1542.400nm、3dB带宽为0.3nm的FBG设计振动传感器,通过附加电磁阻尼提高了稳定性,扩大了无失真频率测量范围。实验表明,该振动传感系统具有良好的动态响应特性,响应频谱与激振信号完全吻合,频率测量范围为10～3×103kHz,并具有良好的冲击振动响应。     

分布式光纤振动传感技术及发展动态

从工程结构安全监测到输油管线的维护以及地震监测,振动传感器发挥着重要作用,可以实现以往需要大量人力物力和时间的监测。而分布式光纤振动传感器具有许多优于传统振动传感器的地方,应用前景广阔,近年来成为光纤传感领域的研究热点。本文主要介绍了分布式光纤振动传感器的实现方法与相关技术,并展望了分布式振动传感技术未来的发展方向和应用领域。     

一种用于振动测量的全光纤传感器

振动的研究和测试是现代工业发展的一项基础,在振动测试领域,研制一种测量精度高、调试方便、数据处理快的绝对计量系统具有重要意义。本文中的全光纤传感器测试频率可以从零点一赫兹以下到数十仟赫,测试加速度可>105g。该系统采用光纤耦合器和单模光纤构造干涉光路,通过干涉光在系统中的正反传输时,由于振动源对干涉光束反射时的位置不同,形成了系统的干涉,从而进行振动位移,速度和加速度测试。而且这种新型结构的全光纤干涉系统能够消除干扰信号,提高测量精度和系统的稳定性。本文主要介绍了该系统的工作原理及其在超低频振动测试和冲击波测试中的应用。     

光纤光栅传感技术及其应用

本文从光纤光栅的写入技术、光纤光栅的特性、光纤光栅的调谐技术、光纤光栅的传感原理几个方面对光纤光栅技术及其应用，尤其是Bragg光纤光栅在智能结构中的应用作了较为详细的综述与探讨，并描述了光纤光栅的发展及其现状。     

Optical fiber sensor technologies: opportunities and-perhaps-pitfalls

Fiber optic sensor technology has wide-ranging potential in sensing and measurement and the aim of this paper is to explore the factors that determine this potential. The basic principles of fiber sensing are well established and share much with fiber communications. However, the implementation technologies can be radically different and the market characteristics contrast totally with the communications sector. We explore these issues in the context of applications in structural monitoring, electromagnetic measurements, and environmental sensing. We also present very brief accounts of underlying principles and a short discussion concerning evolving technologies for fiber sensing.     

基于七芯光纤的迈克尔逊干涉型光纤温度传感器

为了实现对环境温度的精确测量,提出了一种基于七芯光纤(seven-core fiber, SCF)的迈克尔逊干涉型温度传感器。该传感器由单模光纤(single mode fiber, SMF)和SCF熔锥构成,当光由SMF进入SCF时,由于光纤直径的急剧变小,在光纤细锥区域会激发出SCF中的高阶模,这些高阶模与纤芯基模经SCF端面反射后,再次回到细锥区域时发生干涉,并经由SMF输出。制作了不同长度SCF的传感器样品,并分别进行了温度传感实验研究。温度响应实验结果表明,在20—160℃温度范围内,长度为47 mm的传感器的温度灵敏度为0.127 4 nm/℃,拟合线性系数为0.998 3,温度测量分辨率为0.007 8℃,稳定性实验测得传感器的测量标准偏差为0.289 6℃。该温度传感器结构紧凑、易于制作、成本低廉、灵敏度高且测量范围大,在温度监测领域具有一定的应用潜力。     

分布式光纤振动传感技术研究

分布式光纤振动传感技术具有精度高、动态范围大、响应频带宽、隐蔽性好等优于传统振动传感器的鲜明特点,可用于大坝、桥梁、地矿监测、车辆及机械运行监测、火灾报警、管道泄漏报警及重要区域安防报警等领域,应用前景广阔。本文主要介绍了分布式光纤振动传感器相关技术及种类,并对分布式振动传感技术的发展方向和应用领域进行展望。     

光纤光栅振动传感信号解调技术的研究

研究了一种基于掺Er超荧光光源(EDSFS)的滤波解调方法,分析了光源的输出功率谱形状。利用光谱中光功率密度与波长的线性关系,实现了光纤光栅传感信号的动态解调。建立振动测试系统,采用高精度差分变压器式位移传感器作为参考,对比讨论了两种传感器输出的时域波形和频谱。结果表明,在相同的条件下,二者的动态响应特性具有很好的一致性。由于系统的光源和解调部分合为一体,无机械调谐元件,很适合高速动态测量。     

Optical fiber relative-humidity sensor with evaporated dielectric coatings on fiber end-face

An optical fiber relative-humidity sensor (OFRHS) with evaporated dielectric coatings is proposed and demonstrated. The sensitive coatings, composed of multilayers of Ti₃O₅ and SiO₂, form an extrinsic Fabry–Perot cavity on the distal end of the multimode fiber. As the effective refractive index of the porous coatings were correlated with the change of ambient Relative-humidity (RH), which will at last result in the shift of interference fringe. By monitoring the drift of reflected interference fringe under different RH levels, the information about RH of the environment under test can be extracted. Experimental results show that the average sensitivity is 0.43 nm/% RH when environmental RH changes from 1.8% RH to 74.7% RH. The proposed sensor was proved to be high repeatability, little hysteresis and especially highly sensitive to lower moisture measure.     

基于长周期光纤光栅的光纤液位传感器

为了测量液位在警戒值附近变化的情况, 采用新款光纤熔接机制作了一种基于锥形结构的长周期光纤光栅测量液位的光纤传感器, 对传感器进行了理论分析, 搭建了液位传感实验系统, 根据传感器对外界环境的折射率灵敏度, 测量浸没在液体中的光纤长度。结果表明, 在0 mm~12 mm的液位测量范围内, 光纤液位传感器的峰值波长灵敏度和透射功率灵敏度分别是0.700 nm/mm和1.377 dB/nm。该传感器对液位变化测量较为准确, 且采用刻栅方式可有效解决传统长周期光纤光栅中存在的非对称模耦合和偏振依赖性高等问题, 同时具有制作简单、成本低和应用前景广泛等优点。     

Optical fiber gas sensor based on self-assembled gratings

The electrostatic self-assembled monolayer synthesis process is used to fabricate gas sensors by building up grating sensor elements on the ends of multimode optical fibers. These novel sensors can be designed to operate in the transmission windows of standard optical fibers and implemented using specific reference wavelengths to normalize the output signals. Experimental results for such sensors designed to detect dichloromethane gas are presented     

飞秒激光制备光纤微孔传感器

为了实现高精度、低成本的液体折射率测量,采用飞秒激光水辅助微加工技术,制备出一种基于微孔结构的单模光纤液体折射率传感器.研究了传感器的传输损耗与孔内液体折射率及微孔长度的关系,利用射线理论分析了传感的机理,讨论了温度对传感器性能的影响.结果表明,该传感器在折射率1.333～1.413区间具有良好的线性响应,灵敏度达到157.48dB/RIU,且不易受温度串扰.该传感器具有结构紧凑、制备简单、高灵敏度、温度不敏感和低成本等优点,在生物化学测量领域中有着广泛的应用前景.     

Novel fiber sensor arrays using erbium-doped fiber amplifiers

We examine the signal-to-noise ratio (SNR) performance of a novel type of time domain multiplexed sensor arrays in which low gain (1-10 dB) fiber amplifiers are incorporated to compensate for splitting losses between sensors. The system noise figure for passive and amplified sensor arrays is presented, along with expressions to optimize the array parameters for high SNRs. We show that practical amplified sensor arrays exhibit low system noise figures that allow much larger arrays (hundreds of sensors) than passive arrays     

振动环境下微小间隙的光栅测量法

为测量振动环境下层间结构内部微小间隙的相对变化,设计了一种用于狭小空间内的平直光栅传感器。根据指定应用条件研究设计光栅传感基片的封装方案及其主要技术指标,并制作出平直光栅传感器。该传感器测量范围0.5 mm~0.8 mm,标定指标良好。通过试验应用证明,采用光栅传感器可实现振动环境下微小间隙的直接测量,且不用破坏原结构,与传统方法相比,数据真实可信,满足测量精确度μm量级要求。     

法布里-珀罗薄膜干涉的光纤温度传感器

为了研制结构简单、成本低、可批量生产的微型光纤温度传感器,分析了薄膜干涉型光纤温度传感器的原理,选用ZrO2和Al2O3两种介质薄膜材料,采用TFCalc膜系设计软件设计了薄膜干涉型光纤温度敏感探头的膜系,由南光ZZS1100-8/G箱式真空镀膜系统采用电子束蒸发技术在普通多模光纤端面蒸镀介质薄膜,形成法布里-珀罗（Fabry-Perot）薄膜干涉,并搭建光纤温度传感测试系统,测试结果表明:在200~600℃范围内,所设计的干涉型光纤温度传感器的测试光谱随温度变化产生一定的波长漂移,且波长漂移的温度特性为线性,线性相关系数为99.7%,灵敏度为8.3710-6/℃。基于法布里-珀罗干涉的薄膜型光纤温度传感器体积小,成本低,结构紧凑,可批量生产,适合安装位置狭小或对传感器集成化要求较高的场合。