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。     

基于级联长周期光纤光栅的光纤布拉格光栅振动传感器的动态解调

提出一种基于级联长周期光纤光栅(CLPG)的光纤布拉格光栅(FBG)振动传感器动态解调方法。宽带光源发出的光经FBG反射后,进入到CLPG,经过CLPG调制后FBG反射光强会发生变化。通过温度测量实验对监测系统进行静态标定,再将FBG传感器粘贴于铝板表面,采用该系统监测简支铝板结构在低频和高频下的振动信号。系统采集到的动态信号时域波形及频谱与涡电流位移计的测量结果相吻合,表明该监测系统可实现2kHz以下的动态信号测量。     

光纤光栅在船舶结构状态监测中的应用

大型船舶航行于复杂的海洋环境中,受到风浪、海流、撞击等各种载荷的影响,因此船体必须具有足够的强度。光纤光栅传感器体积小,灵敏度高,抗电磁干扰、耐腐蚀能力强,能有效测量船体各部位的受力变形,为船舶在运行过程中提供监测和评估。本文设计制作了适合船用封装的光纤光栅(FBG)传感器,并对其进行了温度和应变传感特性测试。最后分析了光纤光栅船舶状态监测系统的组成及实施方案,对进一步深入研究具有指导作用。     

基于匹配滤波解调的光纤光栅振动传感器设计

为了弥补现有振动传感器的不足,在分析匹配光栅解调原理的基础上,设计了一种新型的光纤光栅振动传感器.该传感器采用了梁式结构,可以通过调节梁改变传感光栅的中心波长和传感器的固有频率,既可以实现匹配解调,又扩大了频率测量范围.通过标准信号测试实验,得出该光纤光栅振动传感器具有良好的频率检测性能,频率测量范围为0～200 Hz,在20 Hz、190 Hz检测的波形具有良好的信噪比.     

一种新的灵敏度可调谐FBG解凋技术

实验研究了一种基于机械微应变引入长周期光纤光栅(LPFG)的灵敏度可调谐的光纤布拉格光栅(FBG)应变传感系统.利用机械线加工技术设计了周期性压力槽,通过螺旋微位移结构定量推进弹簧进而对光纤施加径向压力,写制出谐振峰值可调谐的LPFG.紫外激光写入技术制作的FBG的波长位于LPFG的谐振边带范围内时,利用该LPFG作为透射滤波器实现了一种新的灵敏度可调谐FBG应变传感系统.实验分析了施加在LPFG上的压力由20 N调节至60 N时对FBG施加O～3000με的灵敏度可调谐传感实验结果,FBG传感系统光功率变化率由0.802 nW/με增加到1.204 nW/με.     

基于长周期光纤光栅线性边缘滤波的地震波解调系统

设计一种针对地震波信号的解调系统,讨论了长周期光纤光栅（LPFG）制作时参数的控制方法,选用边缘特性良好的LPFG做线性边缘滤波器,在1 550.35~1 553.14 nm间具有0.998 96的线性拟合度,功率灵敏度达1.692 dBm/nm。在信号处理中,采用参考光路与滤波光路比较,消除本底信号的影响;利用Lab...     

包层腐蚀机械写制长周期光纤光栅的耦合特性研究

利用周期为600μm的刻槽板,采用单面受压的方式包层对经过HF溶液腐蚀后的单模光纤施加压力,形成机械写制长周期光纤光栅(LPFG).通过测最具有不同包层直径的机械写制LPFG在各种压力下的透射光谱,研究包层直径对纤芯基模与包层模LP12、LP13间耦合特性的影响.实验结果表明,随着包层直径的减小,谐振波长发生红移,耦合...     

基于压力槽可调谐长周期光纤光栅模块的设计

提出一种基于机械微弯变形法的能够同时生成不同谐振波长的多个长周期光纤光栅的制作方案.仿真分析了该方案中各参数(如光栅有效长度、倾斜角度以及外界应力)变化对长周期光纤光栅损耗峰深度和谐振波长的影响.结果显示,长周期光纤光栅的损耗峰深度主要受光栅有效长度和压力影响,而倾斜角度大幅度改变谐振波长位置.     

机械微弯长周期光纤光栅的制备及其光学特性研究

利用两个交替放置的周期性刻槽板对单模光纤（SMF）施力,形成了机械微弯长周期光纤光栅（LPFG）。实验研究了LPFG的偏振相关损耗（PDL）、刻槽板空间周期和压力等参数对透射谱的影响。结果表明,压力可改变LPFG的透射谱特性,最大损耗峰值可达24．6dB;在1551．9nm处,LP13包层模的最大PDL约为7．42dB...     

级联长周期光纤光栅的温度特性研究

对级联长周期光纤光栅(C-LPFG)的温度敏感特性进行了理论和实验研究。讨论了C-LPFG的谐振波长温度灵敏度与包层模的阶次、光纤光栅周期的关系,进行了20～80℃温度传感实验,实验结果表明,谐振波长与温度成线性响应,升降温数据的重复性比较好,测得其谐振波长温度灵敏度为0.250 1nm/℃、而相同参数的LPFG所测得的谐振波长温度灵敏度为0.131nm/℃。表明,C-LPFG的温度灵敏度远高于同样参数的LPFG。     

啁啾光栅解调的准分布式光纤Bragg光栅传感器

为了提高光纤Bragg光栅(FBG)的应用范围.提出一种线性啁啾光栅(CFBG)解调的准分布式FBG传感系统.利用波导理论分析了CFBG特性;利用传输矩阵法推导了CFBG反射谱模型及波长与相位延迟的关系,并给出了相位延迟曲线.实验表明:所设计的系统应变测量范围为0～2000 με,温度测最范围为0～80℃;相位变化与被...     

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。     

基于长周期光栅滤波的光栅解调系统

基于长周期光栅的边缘滤波特性,设计了一种光纤布拉格光栅的传感解调系统,适用于布拉格光栅的静态和动态解调。系统实现了3.5 nm范围内的线性解调,波长灵敏度为0.092 nm-1,波长分辨率可以达到0.01 nm。振动测量中检测信号稳定,测量频率误差在1%以内。针对长周期光栅对温度和弯曲敏感的问题,采用了适当的温度补偿和封装技术,使长周期光栅的温度漂移系数从112 pm/℃下降到45 pm/℃,显著提高了系统的稳定性。     

长周期光纤光栅用于EDFA的增益平坦展宽

基于EDFA的能级结构和粒子转换理论,分析了EDFA的各种参数和性能,并通过实验得到EDFA达到最佳效果时,抽运能量不易过大的结论。从理论和实验上研究了长周期光纤光栅用于掺铒光纤放大器自发发射谱增益平坦展宽的特性、自增益谱的荧光峰和可用带宽。实验上利用抽运能量的改变,可以控制吸收波长的峰值位置,得到长周期光纤光栅用于EDFA自发发射谱增益平坦展宽的结果。     

光纤Bragg光栅应变传感研究

基于光纤Bragg光栅应变传感模型 ,利用泰勒级数展开法 ,将光纤Bragg光栅反射峰中心波长所满足的Bragg方程展开 ,得到了中心波长相对偏移量与应变增量之间的二次解析关系式 ,进而得到了光纤Bragg光栅一阶、二阶应变灵敏度系数的解析表达式 ,计算了一阶、二阶应变灵敏度系数的理论值 ;并将光纤Bragg光栅粘贴在悬臂梁上进行拉伸和压缩 ,得到了与应变对应的光纤Bragg光栅中心波长偏移量 ,通过线性和二次多项式拟合 ,得到了光纤Bragg光栅一阶、二阶应变灵敏度系数的实验值 ;各阶应变灵敏度系数的理论值与实验值吻合得到很好     

FBG传感信号数字化可调谐F-P滤波器解调技术研究

为进一步提高光纤光栅(FBG)解调系统的性能,提出并实现了基于FPGA逻辑控制的可调谐F-P滤波(TFFP)FBG传感数字化解调系统.重点介绍基于TFFP解调技术的工作原理,并给出了此解调系统硬件设计的系统框图.解调实验结果表明,通过与光谱仪的测量数据比较,此解调系统达到了预期的目标,经标定后系统的分辨率达1 pm,动...     

光纤光栅传感信号解调关键硬件电路的实验研究

基于可调谐光纤Fabry-Perot(TF F-P)滤波扫描传感光纤布拉格光栅(FBG)的反射峰的原理,针对多次实验结果,设计了构成光纤光栅信号解调稳定性所需的关键电路系统.实验结果表明,硬件优化后的解调系统与光谱仪和万用表测量的数据相比较达到了预期的目标.经过标定后的系统分辨率可达1 pm,动态测量范围可达50 nm.     

基于楔形腔结构的光纤光栅位移传感器

提出一 种基于楔形腔结构的光纤光栅(FBG)位移传感器设计方法,制作了具有结构简单、体积小、 测量精度可调节和抗 电磁干扰等优点的FBG位移传感器。通过对制作的FBG位移传感器进行标定实验,得出传感 器的灵 敏度系数为13.77pm/mm,相关系数达到了0.99,线性度良好。在钢筋混凝土柱双向偏心 受压试验中,与电类位移计的测量结果对比表明,本文制作的FBG位移传感器测量结果准 确,实用性强,适用于工程结构长期的位移监测。     

基于Ge-As-Se硫系玻璃的高灵敏度光纤光栅温度传感器

采用真空熔融淬冷法制备了Ge₃₃As₁₂ Se₅₅和Ge₂₂As₂₀Se₅₈硫系玻璃,测试结果表明该玻璃在中红外 波段具有宽红外透过范围、高折射率和高折射率温度系数。以此材料为基质,设计了在中红 外波段的硫系 光纤光栅温度传感器。采用传输矩阵法和耦合模方程模拟计算了光纤光栅透射谱和温度传感 特性。研究发 现,设计的光纤光栅温度传感器的中心波长漂移量与温度变化有良好的线性关系。当工作波 长从近红外增 加到中红外波段后,光纤光栅的温度传感灵敏度可以得到极大的提升。计算结果表明,Ge- As-Se硫系布拉 格光纤光栅和长周期光纤光栅在1.55μm的温 度传感灵敏度分别达到了0.123nm/℃ 和0.292nm/℃,是石英基质光纤光栅在该波段的10和 24倍。     

基于光纤光栅的沥青路面状态的实时监测

为了给沥青路面结构响应监测找到科学有效的测 试手段,本文进行了沥青路面响应光纤Bragg光栅(FBG)实时监测 的研究。应用单轴压缩试验对采用的FBG传感器进行标定,得到了标定方程。基于提 出的沥青路面 FBG传感器埋设方法,在沥青路面成功埋设了FBG传感器。将静载监测结果与BISAR 3.0程序 计算结果进 行了比较。对不同轴重、不同汽车行驶速度及不同温度条件下的沥青路面结构动力响应进行 了实时监测。结果 表明,提出的沥青路面FBG传感器埋设方案可使传感器的成活率达到87%;静载实测结果与 计算结果较为接近,FBG监测结果有效且能准确反映沥青路面各工况下的应变时程;当车速 降低8km/h时,路面应变响应降低达100με以上;而路面温度增 长8℃,路面的竖向变形增长了近200με。