倾角对倾斜光纤光栅光谱特性的影响

基于倾斜光纤光栅模式耦合理论,研究了倾斜角度对光纤光栅光谱特性的影响,并应用OptiGrating软件进行数值模拟仿真。通过对不同倾斜角度得到的光纤光栅反射谱及透射谱的研究发现,随光栅倾角的增大,布拉格波长的中心波长偏移,同时反射率下降,而包层模式耦合增强,透射损耗变大,群时延减小。仿真结果对光纤光栅的设计和优化有一定的指导意义。     

一种特殊啁啾摩尔光纤光栅透射谱的分析

运用传输矩阵理论计算一种特殊啁啾摩尔光纤光栅的透射谱,主要分析恒定有效折射率区域的数量、长度和位置对该种光栅的透射谱的影响及其产生原因,以便设计适合于多信道的光纤光栅滤波器。     

引入相移π后长周期光纤光栅的透射谱

本文用传输矩阵法分析计算了相移长周期光纤光栅的传输谱特性.通过仿真试验分析了引入相移后长周期光纤光栅的透射谱.长周期光纤光栅中间位置引入相移π后,原来谐振波长处的波谷,现在变成了波峰,传输光谱曲线上的单一波谷变为对称的两个波谷.     

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。     

机械感生长周期光纤光栅的可调谐环形光纤激光器

将采用机械感生法写制的长周期光纤光栅(MLPFG)串入环形腔中,设计了一种新颖的L波段可调谐环形掺铒光纤激光器(EDFL)。抽运光源为980nm半导体激光器,使用掺铒浓度为5×10-4,长度为12m的铒纤作为增益介质,通过调整待写制光纤与周期性压力槽之间的夹角,改变MLPFG的写制周期,调谐MLPFG透射谱,进而影响环形腔增益最高点,光纤激光器波长可调谐范围可达42nm(1562.465～1604.280nm),激光光谱3dB带宽0.04nm,20dB带宽0.08nm,边模抑制比45dB。长时间观测表明,激光功率稳定性优于0.2dBm。实验显示,该光纤激光器具有带宽较宽,线宽较窄及性能稳定等特点。     

用于机械装备的高性能光纤光栅倾斜传感器

实时的倾斜状态监测对大型风电塔筒、海上浮吊等重大机械装备的服役安全非常重要,而现有的电磁信号原理的倾斜传感器存在难以适应恶劣环境、大规模组网能力差、信号传输不够稳定等实际问题,为此研究了一种光纤光栅原理的新型倾斜传感器。基于经典等强度梁弹性元件,创新提出一种质量块与等强度梁之间活动连接和弹簧减震连接的新型倾斜传感机制。与现有的光纤光栅倾斜传感设计相比,被测对象振动引起的质量块摆动可被阻隔吸收,实现质量块和悬臂梁之间只传递力而不传递振动的良好效果。在阐述传感器结构设计细节、测量理论的基础上,制备了传感器样机,开展了全面的性能测试。试验结果表明,传感器在±15°的量程内,具有146.899 pm/（°）的高灵敏度,测量分辨率可达6.8×10^-4°,重复性误差小于4.125%。传感器还具备优越的抗蠕变性能、-40℃到60℃温度环境的适用性和良好温度补偿能力。经过对比测试,传感器的综合测量精度可达0.157°,且抗振动效果明显,在大型机械装备的安全监测领域应用潜力巨大。     

基于非对称全息干涉的倾斜光纤光栅研究

为了突破现存的倾斜布拉格光纤光栅制作方法的局限,提出了采用非对称光路制作倾斜条纹反射式光纤光栅的方法.该方法是通过在全息光路中加入柱面镜,将圆形光斑聚焦成线状激光,线状激光以平行于材料层的方式写入,从而获得不同倾斜角度,条纹间距任意的倾斜光纤光栅.通过写入条件的控制,达到精确控制光栅的反射率和带宽的目的.模拟仿真和分析...     

基于平膜片和悬臂梁的光纤光栅压力响应特性研究

提出一种基于平膜片和等强度悬臂梁的组合式光纤光栅压力传感结构,应用材料力学和耦合模原理,分析得出了粘贴在悬臂梁上的双光纤光栅的中心波长偏移量与外界均匀压力成正比的结论,并应用软件仿真模拟了基模谐振波长的压力漂移特性。结果表明:布拉格谐振波长随压力线性增长,双光栅的组合使用,提高了测量灵敏度,解决了温度交叉敏感问题,这一结论对光纤光栅的生产和应用有一定的指导作用。     

相移长周期光纤光栅传输谱的仿真分析

相移长周期光纤光栅可以看作长周期光纤光栅和相移光栅级联而成,文中采用OptiGrating软件分析了相移长周期光纤光栅的周期和长度、折射率调制参量对相移长周期光纤光栅传输谱的影响规律.     

高灵敏度长周期光纤光栅温度传感器的设计

为提高光纤光栅温度传感器的灵敏度,文中采取纤芯弹光系数大于包层弹光系数的长周期光纤光栅且在其包层外面涂覆一层随温度的升高折射率减小的薄膜材料,同时采用热膨胀系数大的金属封装光栅三种增敏措施。计算表明,增敏后的温度传感器其灵敏度系数为0.2375nm/℃,温度测量分辨力小于0.1℃。     

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.     

5MN光纤布拉格光栅力值传感器

针对山体滑坡中大力值监测的应用需求,提出了基于光纤Bragg光栅(FBG)的5 MN力值传感器。该传感器采用8根FBG构成4组光栅偶对圆柱弹性体的应变进行采集,光栅偶能有效地补偿温度对FBG尺寸的影响。通过ANSYS数值模拟计算并优化了圆柱弹性体的结构尺寸,并按照国家规程进行了传感器检定实验。实验结果表明,该传感器的直径为124mm,长度为302mm,应力测量范围为500~5 000kN,综合精度为1%,最大力值对应的波长变化为2 567pm,灵敏度为2kN/pm。该传感器除具有光栅传感的基本特点以外还具有结构简单、量程大、精度高等优点,不仅适用于滑坡力值监测,还适用于建筑、化工、煤矿、军事等领域的力值监测。     

滑动式光纤布拉格光栅位移传感器

为克服现有光纤光栅位移传感器设计中存在的传力介质弹性系数易改变、滑块易产生偏移等对测量精度的不利影响,提出了一种滑动式位移传感器。楔形滑块的滑动面和限制面的采样互相垂直、等强度梁的变截面和一体化、滑动面圆弧化等特殊设计,使传感器具有抗滑动干扰性、梁挠位移测量的高灵敏性、长期往复测量的耐磨性等优点。阐述了传感器测量原理,加工制造了传感器原型,并开展了全面的性能测试。测试结果和误差分析表明:传感器在0~100mm的量程中,灵敏度为20.11pm/mm,精度达到0.099 5%F.S,具备良好的微位移测量能力;重复性误差和迟滞误差分别仅为0.705%和0.403%,且抗蠕变性能良好,可满足机械装备、土木工程等重大设施的结构健康监测对位移、变形测量的精度和长期稳定性要求。     

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。     

基于光纤布拉格光栅的化学传感器

除掉光纤布拉格光栅的包层,可以使它的布拉格波长对外界环境的折射率变化敏感。采用氢氟酸腐蚀掉光纤布拉格光栅的包层,获得了直径约为6 μm的布拉格光栅。实验研究了布拉格波长对化学溶液的浓度敏感性特征,结果表明:采用10 pm分辨率的光谱仪,丙二醇溶液在低浓度时的浓度分辨率为0.7%,在高浓度时的分辨率为0.32%;糖溶液在低浓度时的分辨率为0.55%,高浓度时为0.1%。采用商用的分辨率为1 pm的高精度波长解调系统,它们的分辨率可以提高一个数量级。     

Monitoring corrosion of reinforcement in concrete structures via fiber Bragg grating sensors

Corrosion of steel and rebar in concrete structures is one of the most frequent reasons for civil infrastructure failures. Thus, improving the effective corrosion sensor technology can greatly reduce cost and provide safe structures with long service lives. However, assessing the corrosion condition of rebars is not simple because they are buried in concrete. In this paper, using fiber Bragg grating (FBG), a corrosion sensor for monitoring steel rebars embedded in a concrete structure is developed and validated by experiments. Based on the fact that the volume and diameter of a rebar embedded in concrete will enlarge due to corrosion, an FBG packaged with fiber-reinforced plastics (FRP) is wrapped on the steel bar. During corrosion, the increase in the bar diameter leads to the increase in fiber strain, which can be measured by the shift of the wavelength of FBG. Performances of the corrosion sensor are validated by accelerating corrosion in lab experiments. The corrosion sensor is embedded in a concrete specimen put in a 5% sodium chloride solution with a constant current. Experimental results show that the corrosion sensor can monitor the concurrence of corrosion of rebars in concrete. The corrosion extent can be quantitatively evaluated through the change in the wavelength of FBG. Therefore, the corrosion sensor developed in this paper is feasible for monitoring the early corrosion of rebars in concrete.     

光纤傅里叶变换光谱术在光纤光栅传感解调中的应用

介绍了光纤Mach-Zehnder干涉仪的基本原理和光纤傅里叶变换光谱仪(FFTS)的结构;基于光纤Mach-Zehnder干涉仪,采用傅里叶变换光谱算法对光纤Bragg光栅传感器的波长进行了解调。宽带光源发出的光经过光纤耦合器进入光纤Bragg光栅,其反射光由耦合器返回进入到FFTS中进行测量,FFTS的最高光谱分辨率达到0.05 cm-1,即在近红外1 550 nm波长处分辨率为0.012 nm。分别对光纤Bragg光栅的应变特性和温度特性进行了测量。测量显示:光纤Bragg光栅的应变灵敏度为0.833 pm/με,温度灵敏度为19.78 pm/℃。得到的结果表明FFTS系统具有高分辨率、大测量范围的特点,可满足光纤Bragg光栅传感器波长解调的需求。