用单一倾斜光纤光栅实现曲率和温度的同时测量

基于单个倾斜光纤光栅(TFBG)提出了一种实现双参量曲率和温度同时测量的方法.研究发现,当弯曲方向与光栅栅面成一定角度时,倾斜光纤光栅的纤芯模偕振波长对弯曲不敏感而随外界温度变化线性漂移;低阶包层模谐振峰透射功率随曲率的增加而线性减小且对温度变化不敏感.由此特性提出了用单个倾斜光纤光栅的纤芯模谐振波长和低阶包层模谐振峰透射功率,分别实现对两个参量温度和曲率进行同时独立测量的传感器设计方案,该方法有望解决光纤光栅在测量中存在的温度和弯曲之间的交叉敏感问题.     

具有温度补偿的LPFG功率解调系统的设计与实现

传统的利用光纤Bragg光栅(FBG)反射光作为长周期 光纤光栅(LPFG)入射光的解调方式,无法避免温度的影响。本文提出了一种具有温度补偿功 能的LPFG功率解调方案,将FBG的Bragg波长由压电陶瓷(PZT)的驱动电压控制,使得FBG谐振 波长始终跟随LPFG谐振波长, 以此抵消温度对传统功率解调中的影响。这种解调方案适用于LPFG透射光谱随物理量变化谱 形也发生变化的传感,如微 弯、横向负载等特性。利用本系统对LPFG的横向负载特性进行试验,结果表明,采用此解调 方案获得的实验数据具有与 光谱仪相同的功率变化趋势,能够始终监测LPFG的谐振峰幅值,实现温度补偿的功率解调, 更适合于动态解调。对LPFG 的温度特性进行功率解调实验,结果也验证了解调系统具有温度补偿功能。     

LPFG与无芯光纤级联的折射率与温度同时测量传感器

为了满足工业生产与科学研究对折射率与温度同 时测量的需求,一款新型光纤传感器被设计了。传 感器是利用无芯光纤(no-core fiber,NCF)与长周期光纤光栅(long period fiber grating,LPFG)级联构成,其中NCF对折射率比 较敏感,LPFG 对温度较敏感。实验选择传感器透射谱谐振峰波谷Dip 3(由NCF激发)和Dip 4(由LPFG 激发)来进行环境 温度与折射率测量。实验发现Dip 3和Dip 4的中心波长随温度变化有很好的线性关系,温度灵敏度分别 为9.46 pm/℃和19.88 pm/℃。当环境折射率 在1.33范围变化时,Dip 3的中心波长 与折射率之间存 在极好的线性关系,折射率灵敏度为102.80 nm/RIU,而Dip 4的中心 波长对折射率变化不敏感。利用Dip 3与Dip 4的温度和折射率灵敏度构建灵敏度测量矩阵,实现了折射率和温度的同时测量,消 除了交叉敏感。 设计的传感器结构简单、折射率灵敏度高、成本低、结构重复性好,能够满足工程实际的 需求。     

同时测量弯曲曲率和弯曲方向的长周期光纤光栅传感器

通过实验发现了高频CO2激光脉冲制备的长周期光纤光栅（LPFGs）的弯曲特性具有明显的弯曲方向性：即当其向不同的方向弯曲时,其谐振波长和损耗峰值的变化对应的弯曲灵敏度不同,并且在两个弯曲方向上最敏感,而在另外两个弯曲方向最不敏感。本文根据此独特性质,提出了不仅可以测量弯曲曲率而且可以同时判别弯曲方向的传感器,该弯曲传感器由2个具有弯曲方向相关性的LPFG和1个没有弯曲方向相关性的LPFG组成。结果表明,它克服了其它弯曲传感器只能测量弯曲曲率或只能判别弯曲方向的缺点。     

基于长周期光纤光栅和Sagnac环的温度与折射率的区分测量

利用长周期光纤光栅(LPFG)和保偏光纤(PMF)Sagnac环透射光谱的调制特性,设计了温度和折射率同时区分测量系统。通过监测LPFG嵌入Sagnac环的透射谱中谐振峰波长和强度的变化,测定了波长和强度对温度和折射率的灵敏度系数,构建了传感系数矩阵。实验发现,谐振峰波长随温度变化,谐振峰强度随折射率变化,实现了温度与折射率的区分测量。实验测得该系统的温度灵敏度0.1 286nm/℃,折射率灵敏度为49.38dB/RIU。实验结果验证了方案的正确性,且实验系统搭建简便,体积小,成本低,具有一定的应用前景。     

光纤布拉格光栅横向应变特性的研究

根据耦合模理论，对光纤布拉格光栅(FBG)的横向应变特性进行了深入研究，并采用数值分析方法对光纤布拉格光栅在平面应变和应力情况下进行了模拟分析：对于平面应变情况，一个谐振峰向波长增大的方向移动，而另一个谐振峰向波长减小的方向轻微移动；对于平面应力情况，两个谐振峰都向波长增大的方向移动。设计了相应的实验进行验证，实验结果与理论分析相符；该实验结果表明光纤布拉格光栅的横向应变情况介于平面应力和平面应变之间，而且更接近平面应力情况。根据理论分析，横向应变与纵向应变对波长漂移的贡献不一样，从而使三维应变测量成为可能。     

基于波分复用的长周期光纤光栅光化学多参量传感技术研究

提出一种基于波分复用(WDM)的长周期光纤光栅(LPFG)光化学多参量传感技术。利用均匀LPFG相邻级次包层模耦合谐振峰间的波长间隔,通过设计不同传感单元LPFG的光栅周期,进一步通过包层腐蚀或镀膜调整各LPFG特征峰位置,使各LPFG的特征峰在观察波长范围内相互错位。前一个LPFG激发的包层模不能传输到下一个LPFG,不同参量变化引起的各LPFG特征峰移动相互独立,通过考察系统输出复合谱中各特征峰的偏移可得各参量值。实验中利用镀聚炳烯胺盐酸盐/聚丙烯酸(PAH/PAA)薄膜LPFG、薄包层LPFG和镀TiO2/SnO2复合薄膜LPFG组成多参量传感系统,实现了对pH值、NaCl溶液浓度和相对湿度(RH)三个参量的传感。基于WDM的LPFG光化学多参量传感原理与结构简单,各LPFG的结构设计可独立进行,适用于对多个光化学环境参量的分布式测量。     

高频CO2激光脉冲写入PCF-LPFG传感特性研究

采用高频CO2激光技术在柚子型光子晶体光纤(PCF)上写入长周期光纤光栅(LPFG),并对其温度、应变和弯曲特性进行了实验研究。实验测得,PCF-LPFG谐振波长的温度和应变灵敏度分别为0.002nm/℃和0.001 8nm/με,谐振峰损耗值对温度和应变不敏感。由于高频CO2激光写入为单侧写入,导致PCF-LPFG透射谱的弯曲特性与方向和曲率直接相关。选择弯曲灵敏度较大的方向进行了弯曲测试,测得在一定的曲率范围内,PCF-LPFG的谐振波长及谐振峰损耗值的灵敏度分别为-5.45nm/m-1和3.32dB/m-1。基于PCF-LPFG的透射谱温度不敏感特性,本文为制作不受温度影响的应变和弯曲传感器提供了新的方法。     

长周期光纤光栅温度传感器应变交叉敏感的研究

长周期光纤光栅是透射谱光栅,纤芯基模与同向各阶包层模发生耦合,谐振波长和幅值对外界环境的变化非常敏感,比传统布拉格光纤光栅具有更好的温度、应力、弯曲、扭曲、横向载荷、折射率等的传感特性.由于长周期光纤光栅对两个或者多个参量都是敏感的,当光纤光栅用于传感测量时,很难分辨出各个参量分别引起的被测量的变化,交叉敏感问题比布拉格光纤光栅严重的多.交叉敏感是光纤光栅传感中的关键问题.分析了目前较为典型的解决策略和方案,在此基础上提出了联系的思想和解决方案,提出并实验验证了一种解决长周期光纤光栅温度传感测量中应力与温度的交叉敏感问题.充分利用了LPFG温度与应变交叉敏感的现象,利用联系的思想,将应变对温度的负面干扰转变为正面的增敏.     

保偏光纤Bragg光栅传感特性的实验研究

设计了一种基于保偏光纤Bragg光栅(PMFBG)的横向负载传感方案,实验研究了PMFBG对横向负载、轴向应变和温度的传感特性。研究结果表明:PMFBG两谐振波长对温度和轴向应变的灵敏度近似相等,而对横向负载的灵敏度各不相同;PMFBG两谐振波长之差对横向负载的灵敏度取决于负载作用方向与保偏光纤快轴(或慢轴)之间的夹角,而不受温度和轴向应变的影响,实验得到的最高灵敏度为0.031nm/kg。基于PMFBG的横向负载传感测量系统在称重等领域具有广阔应用前景。     

Polarimetric distributed Bragg reflector fiber laser sensor array for simultaneous measurement of transverse load and temperature

A polarimetric fiber laser sensor array based on wavelength/beat frequency hybrid interrogation approach for simultaneous measurement of transverse load and temperature is presented and experimentally demonstrated. Operation principle of the hybrid interrogation approach has been theoretically analyzed, which is validated by our experimental results. The shift of beat frequency and laser wavelength in response to the change of transverse load and temperature allows for simultaneous dual-parameter discrimination. Experimental results indicate that laser beat frequency is highly sensitive to transverse load and temperature while laser wavelength is insensitive to transverse load. And the temperature sensitivities of laser wavelength have the same magnitude as common FBG sensors. The proposed active sensor array with simple configuration has considerable potential applications for future fiber sensor networks.     

LPFG折射率模式响应及其在传感建模中的应用

基于光纤光栅的模式耦合理论,采用严格的数学模型,给出了三层介质长周期光纤光栅(LPFG)的纤芯模和包层模的本征方程,分析了长周期光纤光栅中的纤芯模式和包层模式的有效折射率随外界环境折射率变化的情形,以及外界环境折射率变化对长周期光纤光栅谐振波长的影响.通过在长周期光纤光栅外涂覆折射率对外界环境变化敏感响应的特定薄膜可以显著提高其传感测量的灵敏度.研究结果可为长周期光纤光栅传感器结构参数的优化设计和实际应用提供理论支持.     

基于周期压力单模光纤长周期光栅的折射率传感特性研究

利用交替放置的两个相同周期性刻槽板,对放置于套管中的单模裸纤和待测媒质施力,形成了具有复合光波导结构的长周期光纤光栅(LPFG)。实验研究了不同折射率待测媒质对LPFG传输谱的影响。结果表明:复合波导光栅的光谱呈现双谐振峰现象,且中心谐振波长随待测媒质折射率增大向短波长方向移动;包层模阶次越高,其中心谐振波长移动量越大。当折射率从1.33变化到1.43时,LP14包层模的中心谐振波长变化了7.2nm,所对应的传感器折射率灵敏度约为2.78×10-4 RIU。     

A novel tunable gain equalizer based on a long-period fiber grating written by high-frequency CO/sub 2/ laser pulses

A novel tunable gain equalizer based on the long-period fiber grating (LPFG) induced by high-frequency CO/sub 2/ laser pulses is demonstrated, for the first time, to our knowledge. Both the resonant wavelength and the resonant peak amplitude of the novel LPFG have a good linearity with temperature and transverse load, respectively. The wavelength and the peak amplitude of the gain equalizer can be tuned by the means of adjusting temperature and transverse load independently, showing that this tunable equalizer is a practical approach to realizing dynamic gain equalization in erbium-doped fiber amplifier systems.     

长周期光纤光栅温度传感器的研究进展

长周期光纤光栅（LPFG）具有与短周期光纤光栅所不同的光谱特性。它无背向反射光谱,不对光源的稳定性产生影响。基于纤芯基模与包层模的谐振耦合原理和热光效应,LPFG温度传感器利用谐振波长的漂移变化实现对温度的测量,具有很高的灵敏度。介绍了LPFG的制作方法、LPFG温度传感器的工作原理及最新研究进展。由于具有插入损耗小、可用于遥测、精度高和抗电磁干扰能力强等优点,LPFG温度传感器将有广阔的应用前景。     

截面折变非对称型长周期光栅高温应变特性

研究了基于高频CO_2激光脉冲单侧写入的截面折变非对称型长周期光纤光栅(LPFG)高温特性及其在高温环境中的轴向应变特性。理论和实验表明在200～1000℃之间长周期光纤光栅的谐振峰漂移呈线性趋势;同时,在高温环境中其谐振峰随轴向应变也呈线性漂移,且不同谐振峰的温度和应变灵敏度也不同。利用这种新型长周期光纤光栅独特的高温应变特性可用一根光纤光栅实现对高温和应变的同时测量。     

基于LPFG和HBF环镜的温度和应变同时测量

利用长周期光纤光栅（LPFG）和高双折射光纤（HBF）环镜的谐振波长对温度和应变的灵敏度差异,设计了温度和应变同时区分测量系统。在理论分析的基础上,分别测定了LPFG以及HBF环镜谐振波长对温度和应变的灵敏度系数,构建相关系数矩阵方程,实现温度和应变区分测量。实验测得该系统的温度和应变测量精度分别为±0.36℃和±13...     

基于长周期光纤光栅的压力传感器

利用长周期光纤光栅(LPFG)对于弯曲敏感的特性，与应变膜片压力传感技术的机械结构相结合，报道了一种基于长周期光纤光栅的新型压力传感器。实验结果表明，在0～0．13MPa的气压下，长周期光纤光栅透射谱的峰值波长向长波长方向移动了1．8nm；透射峰的幅度减小了13dB。通过检测其在固定波长处的光功率变化值就可以获得待测的压强值。该传感器的分辨率可以达到10^-4MPa，能够很好地满足实际应用的要求。