Bragg光纤传感技术应用研究

分析了光纤光栅传感器的工作原理,介绍了成栅技术及应用前景,提出了在应用光纤光栅传感技术时解决温度、应力交叉敏感等问题的新方法.研究结果对Bragg 光纤传感器在工程技术领域具有一定的应用价值.     

光纤光栅传感器的工作原理和应用实例

在光纤传感领域 ,光纤光栅传感技术是近十年来发展最为迅速的技术之一。迅速发展的功能型光纤传感元件具有其它种类的光纤传感器无可比拟的优点 ,在地球动力学、航天器及船舶航运、民用工程结构、电力工业、医学和化学传感中得到了广泛的应用。文章简要地阐述了光纤光栅传感器的工作原理 ,概述了光纤光栅传感器的实际应用 ,着重给出了光纤光栅传感器的应用实例     

光纤传感技术在起重机金属结构健康监测的应用

对传统的起重机金属结构检测技术和检测方法局限性进行了分析,对光纤光栅传感元件的特点和纤光栅传感系统优势进行了详细的阐述,探讨了光纤光栅传感系统在起重机金属结构健康监测和安全评价领域中的应用。     

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。     

软体气动驱动器弯曲变形光纤传感与形状重构

为解决软体气动驱动器弯曲变形的柔性传感测量问题,提出将光纤光栅植入软体气体驱动器应变限制层进行曲率测量与形状重构的方法。建立了软体机构变形光纤传感重构算法模型,理论分析了光纤光栅光谱变化与应变限制层弯曲曲率的关系。搭建了基于光纤光栅特性的软体传感、解调及曲率标定装置,实验分析了不同曲率下光纤光栅反射光谱的特征,得出光纤光栅中心波长漂移量与弯曲变形曲率的关系,计算得出软体气动驱动器在不同弯曲状态下的曲率值,重构出软体气动驱动器的变形形状,验证了形状重构结果的正确性。实验结果表明:将光纤光栅植入软体气体驱动器应变限制层,利用光纤光栅反射光谱变化可实现软体驱动器的曲率测量与形状传感,3种弯曲状态下光纤光栅传感测量值与软体驱动器曲率标定值之间的最大误差为2.1%。该光纤传感方法在软体气动驱动器柔性传感与闭环控制方面具有广阔的应用前景。     

基于桥梁结构的FBG传感器温度与应变交叉敏感问题的研究

对光纤布拉格光栅(FBG)传感器在桥梁结构健康监测中产生的温度与应变交叉敏感问题进行了研究。采用参考光纤光栅法在应变传感光纤光栅附近额外加入一个温度测量光纤光栅,对应变光栅实现温度补偿功能。设计了基于参考光纤光栅法的FBG传感器及FBG传感器封装的机械结构,并通过实验来验证FBG传感器的性能。实验数据表明,温度传感光纤光栅几乎不受应变的影响,应变传感光栅的中心波长变化与温度变化呈一阶线性关系,修正后的测量结果更加精确,达到了双参数同时测量的目的,应变与布拉格波长的线性关系非常好,相关系数达到0.99以上。参考光纤光栅法能够很好地解决FBG传感器温度与应变交叉敏感的问题。     

光纤传感器及其在流量测控中的应用

主要说明了光纤传感技术及在流体测量领域的应用及发展情况。概要地介绍了光纤传感器的原理和特点，当前光纤传感器在流量测控领域的应用，详细阐述了光纤涡轮流量计、光纤涡街流量计、光纤多普勒流速计、干涉型光纤流量计、光栅式光纤流量计和多相流量计的组成、原理和使用特点等。     

长周期光纤光栅及其在通信传感领域的新应用

长周期光纤光栅是一种新型光纤器件。介绍了长周期光纤光栅的耦合机理、制备方法以及应用。其耦合机理是前向传输的纤芯基模与前向传输的各阶包层模式之间的耦合。制备原理是对光纤横向曝光,使光纤的折射率指数在轴向发生周期性变化。阐明了长周期光纤光栅用于带通滤波、光上下路复用、光纤光源、光纤耦合、偏振器件、新型传感等新技术领域的思路,给出了具体实现方法。并通过与其他方案对比,说明了基于长周期光纤光栅器件的优点,肯定了长周期光纤光栅在通信传感领域的价值。     

反射式长周期光纤光栅弯曲传感器

长周期光纤光栅透射谱的损耗峰对温度、应变和弯曲等基本物理量敏感,已在土木工程、航空航天等领域应用。但由于该类器件主要利用透射光谱进行检测,传感系统复杂,限制了器件应用领域的拓宽。针对上述问题,设计了基于光纤末端粘接硅片式结构长周期光纤光栅传感器,可实现利用长周期光纤光栅反射光谱检测。试验表明该器件对弯曲敏感,此外,由于长周期光纤光栅采用飞秒激光逐点直写法加工,受物镜聚焦和光纤自聚焦影响,激光调制区域不对称,其弯曲传感具有明显的方向性。     

温度和应力迟滞自补偿型光纤光栅传感器的研究

采用四对称悬臂梁与光纤布拉格光栅传感机构的组合设计，将2个相同反射波长的光纤光栅对称粘接于悬臂梁的上下表面，组成光栅串，实现对外压力的双光栅波长差的调谐方法。研究结果表明，该系统能自补偿光纤光栅压力传感系统的弹性迟滞影响，还能自补偿温度对光纤光栅压力传感的影响，解决了光纤光栅对压力和温度交叉敏感的问题，改善了传感系统的线性特性和重复性。在0～6MPa的测压范围内，双峰波长差的调谐范围为0—6．6nm，压力调谐双峰波长差的灵敏度可达1．12nm／MPa，在15—110℃测温范围内，温度调谐双峰波长的灵敏度可达0．028nm／℃。     

分布式光纤测温技术综述

光纤传感器以其独特的优点得到了人们的普遍关注,尤其分布式光纤传感技术在土木工程等大范围测量领域成为研究热点。通过对目前分布式光纤测温技术的系统论述,提出了分布式光纤测温技术的两个研究方向:基于光纤后向散射的光时域及频域反射技术的分布式光纤测温和基于光复用技术的光纤光栅分布式测温。通过对分布式光纤测温技术两个方向的工作原理、特点及性能的理论分析及仿真实验,综合论述和分析了分布式光纤测温技术两个方向的优点和缺陷,以及在具体工程中的实际应用。     

光纤传感技术在航空发动机温度测试中的应用

温度测试对于航空发动机设计与研制具有极其重要的意义。航空发动机的测温环境具有高温、高压、高速气流冲击、高转速、安装空间狭小等特点,还要求测温系统具有大量程、高精度和高稳定性的工作性能,可供选择的测温方法非常有限。光纤温度传感器具有体积小、抗电磁干扰、极端环境下的安全可靠和使用灵活等优点,并具有串联复用的准分布式传感能力,在航空发动机温度测试中有很好的应用前景。本文对比总结了基于光纤布拉格光栅、光纤法布里-珀罗、光纤超声和光纤辐射等几类典型的光纤温度传感器的传感原理、制造工艺和技术特点,分析了航空发动机研制中不同对象和场景的温度测试需求,对光纤温度传感技术在航发测温领域中的应用研究现状进行了分类整理和发展水平综述,对其在未来实际应用中存在的不足进行了分析,最后对其在未来研究及应用的发展方向进行了展望,为后续航发测温领域研究及应用提供参考。     

PRINCIPLES OF STRUCTURAL SLOW LIGHT AND ITS APPLICATIONS FOR OPTICAL FIBER SENSORS: A REVIEW

Generation methods of structural slow light and the recent optical fiber sensing applications are summarized in this paper. Five kinds of different structures for slow light are discussed: in fiber Bragg grating, fiber Fabry-Perot cavity, circled coupled resonator optical waveguides, photonic crystal waveguides, and microspheres. The corresponding applications for optical fiber sensors of the different slow light technologies are also introduced. Developments of structural slow light and the characteristics of the slow light sensing methods are analyzed, and improvement trends and potential applications in the fiber-sensing field are forecasted. It is concluded that the technology of structural slow light will increase in fiber sensing and other fields.     

光纤Bragg光栅靶式流量传感器设计

基于工业流体流量测量技术、光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)传感检测技术与靶式流量计原理,针对单个光纤Bragg光栅传感系统对温度交叉敏感的问题,设计并且制作了一种基于双光纤Bragg光栅流量传感器。该传感器采用靶盘结构作为光纤Bragg光栅流量传感器的受力元件,对温度起到了补偿作用,并且有效地提高了应变测量灵敏度。实验表明,该流量传感器的线性误差为0.31%。     

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。     

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。     

光纤Bragg光栅阵列的光时域反射探测技术研究

本文研究了采用光时域反射技术对串联光栅阵列的反射功率进行探测的新方法。在实验研究的基础上,对高反射率光栅在光时域反射测试系统中的“假峰”和“谐振峰”现象的产生根源进行了分析,并提出了适合于光时域反射测试系统的光栅反射率的具体要求。此外对光时域反射测试技术的空间分辨率、复用数量进行了分析,给出了综合考虑多种因素的光栅传感阵列的布置方案。光时域反射探测技术是一种新颖的光栅阵列测试技术,与传统的波长测试系统相比,可从时分复用角度大大增加复用数量。     

桥式起重机模型挠度的光纤Bragg光栅试验研究

研制了1种利用光纤Bragg光栅对桥式起重机主梁挠度的实时在线监测模型。光纤Bragg光栅均匀粘贴于桥式起重机主梁,通过输入输出光纤与信号处理装置光连接。小车在主梁上吊挂后使主梁产生挠度,主梁作用粘贴其下表面的光纤Bragg光栅产生应变,即传感光栅的Bragg波长产生移位。利用解调仪得到的光纤Bragg光栅中心波长的移位值,反复计算挠度值,实现波长与挠度的对应关系。