光纤光栅制作方法及传感应用

详细阐述了光纤光栅常用的几种制备方法,包括紫外激光曝光法、CO2激光照射法、电弧放电法和飞秒激光法等,并分析比较了各种方法的适用性和局限性。系统综述了光纤光栅在传感领域的应用,讨论了光纤光栅温度、应力、弯曲、压力、扭曲以及生化等几种典型的传感器。最后,对光纤光栅传感技术的发展进行了总结和展望。     

光纤传感技术的研究现状与展望

介绍了光纤传感器的基本原理，总结了光纤传感器对传统的仪器仪表工业的促进作用，指出了光纤传感器研究中存在的问题及发展趋势。     

少模光纤倾斜光栅制备及扭转传感研究

设计了一种基于少模光纤倾斜布拉格光栅的反射型扭转传感器,小角度倾斜光栅中的纤芯基模与二阶模在光栅处发生互耦,通过测量该过程形成的反射峰强度变化实现扭转测量。分析了光栅倾斜角度对模式耦合效率的影响,采用相位掩模板法在线刻写光栅技术,在少模光纤上刻写了不同的小角度倾斜光栅;在此基础上选择倾斜角度为1°的光栅进行了单点、双点扭转传感实验,实验表明其反射光谱中基模与二阶模的互耦合峰(LP₀₁-LP₁₁)对光纤扭转敏感,可以实现对扭转角度大小的测量。在-50°～-150°逆时针扭转过程中,扭转灵敏度为0.52 dB/(rad·m^-1),而在40°～190°顺时针扭转的角度范围内,扭转灵敏度为0.34 dB/(rad·m^-1)。这种传感器具有在单根光纤上实现多点扭转传感的潜力,在多点扭转监测方面具有应用前景。     

用于智能结构自诊断、自修复的新型光纤传感测试仪

介绍了空心光纤的传感性能及其在力学量测试中的应用，并对传感机理进行了简要地分析，主要侧重于空心光纤传感测试仪的研制，并通过实验验证了传感器测试仪用于智能结构损伤位置自诊断以及损伤处自修复的可行性。     

植入光纤光栅的软体驱动器形状传感研究

软体机器人由于具有柔顺性和适应性等特点,在外科手术和狭窄空间等方面具有无可比拟的优势,为了实现微创手术等狭小空间中软体驱动器的姿态传感监测,提出基于植入式光纤光栅的柔性传感方法,首先将光纤布拉格光栅（FBG）植入在软体驱动器中;然后在软体驱动器的不同弯曲状态下,通过实验测试分析FBG点的光谱、波长漂移量和曲率等信息,利用3次样条插值等算法实现软体驱动器的三维形状拟合重构。实验结果表明,驱动器实际弯曲角度和重构算法之间的误差不足45%,传感器重复性的偏差指数不足7%。所提出的基于植入式光纤光栅的柔性传感方法可以实现软体机器人的姿态传感监测,在医疗外科手术领域具有广阔的应用前景。     

基于氧化石墨修饰长周期光纤光栅的传感特性

提出一种基于氧化石墨烯(GO)修饰的长周期光纤光栅(LPFG)传感器。利用氢氧化钠溶液对LPFG表面进行羟基化处理,采用氢键结合的方式使GO固定在光栅表面,形成基于GO修饰的LPFG传感器。实验研究了GO-LPFG对外部折射率及温度的响应特性,结果表明:该GO-LPFG的平均折射率灵敏度较未涂覆GO的LPFG提高1.09倍,温度灵敏度略有降低。随着光栅直径的减小,GO-LPFG的平均折射率灵敏度进一步提高。当光栅直径为108μm时,在折射率1.333～1.448内的平均波长和耦合强度折射率灵敏度分别约为38.99nm/RIU和57.33dB/RIU,与未采用GO修饰直径为108μm的LPFG及直径为125μm的GO-LPFG相比,其平均波长和耦合强度折射率灵敏度分别提高1.45,2.17,3.80和3.42倍。该GO-LPFG传感器在各种大分子量的病毒抗原蛋白、生物病菌等生物检测领域具有潜在的应用价值。     

光纤光栅传感系统信号解调技术的研究

实现波长编码信号的解调，是光纤光栅传感系统实用化推广的关键技术之一。文中讨论了光纤光栅传感信号解调的基本原理，分析了国内外提出的常用解调方法的工作机理、特点和性能，并总结了信号解调过程中存在的主要技术难点及发展方向，为基于光纤光栅传感系统的解调部分的设计提供了依据。     

基于切趾光纤光栅阵列的温度传感系统设计

研究采用二次曝光切趾技术制做了高反射率并具有高边模抑制比的光纤光栅(FBG).利用虚拟仪器技术设计了此切趾光纤光栅温度传感阵列系统,有效地扩大了系统的容量并消除由反射旁瓣所带来的信道串扰问题,可实现对电力、油井系统等的温度分布的多点实时监测.此设计为高容量温度应力传感以及密集波分复用系统的实现提供了有益的参考.     

光纤光栅型智能结构损伤识别的小波包分析

基于结构振动监测技术,采用小波包分析方法对采集的结构振动信号进行了小波分解。介绍了小波包分解技术,提出将小波包能量谱作为损伤指标用以表征结构的损伤状态。在相同损伤位置不同损伤程度、不同损伤位置相同损伤程度的两种情况下对试件进行了六种不同损伤工况的振动信号分析。数据分析结果表明,结构的损伤将导致结构振动信号小波包分解中特定阶数的能量增加,而所提出的损伤指标对结构的损伤程度、损伤距离及损伤位置与光栅传感器之间的角度均敏感,实验中能够识别12 g重物且距离光纤光栅传感器30 cm的损伤,表明对智能结构的在线损伤识别是可行的。     

一种基于光纤光栅新型位移传感器的研究

介绍了一种应用光纤光栅传感器测量狭窄曲面空间位移的方法.随着外界应力的变化,光纤光栅传感器的中心发射波长将发生相应的移动.利用此特性,提出并实现了一种用光纤光栅作为敏感元件测量狭窄曲面空间位移的方法,解决了特殊场合狭窄曲面空间位移的测量存在许多难以解决的问题,并对实验结果进行数据分析.     

一种基于数字光栅的信号波形显示技术

针对仪器仪表对信号实时波形的显示需求,设计了一种基于数字光栅扫描原理的实现方案。该方案通过幅度存储,刷新比较生成波形图像,具有适应性强、结构简单、稳定可靠的特点。     

分布式光纤传感在井下瓦斯检测中的应用

本文从理论上系统分析了分布式光纤传感的原理，并基于载体催化元件的工作特性提出了分布式光纤瓦斯传感的概念。利用瓦斯浓度与元件工作温度的对应关系，可以把瓦斯浓度分布的检测转化为温度分布的检测，初步实验证明该方案是可行的。     

光纤布拉格光栅钢筋腐蚀传感器

基于钢筋混凝土中钢筋锈胀和光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,简称FBG)应变、温度测量原理,设计了一种灵敏度较高的FBG钢筋腐蚀传感器。传感器主要由两个FBG(FBG-1,FBG-2)和带有轴向通孔、轴向通槽、环形槽及盲孔的钢筋件组成,FBG-1用于监测钢筋件的锈胀应变,FBG-2用作温度补偿器。为了提高传感器的成活率,在FBG-1外紧密包裹一层滤纸,并用水泥砂浆封装。此外,推导了钢筋件的腐蚀率计算公式,根据光纤解调仪采集的波长变化值可以计算得到钢筋件的腐蚀率。依据法拉第电解定律设计了电化学加速腐蚀实验,探究传感器的工作性能。实验结果表明,该传感器能够监测到0.7%以内的质量腐蚀率,灵敏度较高,且测量范围大于5%。该传感器能够有效监测混凝土中钢筋的早期腐蚀过程,准确估算保护层开裂时间,具有实际工程应用价值。     

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。     

分布式光纤温度传感渗漏监测技术研究进展？

介绍了分布式光纤温度传感器技术在渗漏监测应用方面的优点,概述了分布式光纤温度传感渗漏监测技术的工作原理,对比了梯度法和加热法的优劣性,综述了国内外在室内模型模拟试验和理论推导方面的研究现状,最后总结得出该领域今后的发展趋势应该是在深化室内分布式光纤温度传感器定量监测试验研究的基础上,结合施工控制因素开展分布式光纤温度传感渗漏监测技术在实际工程中的应用研究。     

光学传感技术在熔池信息检测中的应用

列出了近期国内外研究人员在熔池信息检测中所研制和应用的光学传感技术，如脉冲激光频闪法、红外检测法、同轴检测法、普通摄像机直接检测法。分析了各种方法的优缺点，并展望了光学传感器在未来焊接熔池信息检测中的应用前景及下一步研究工作的方向。     

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。