基于最小二乘法的光纤光栅Bragg波长直线拟合

针对基于可调谐法布里珀罗(F-P)滤波器的光纤光栅解调系统存在波长解调准确度不够高的问题,从理论上系统地分析了在解调过程中对光纤光栅B ragg波长进行直线拟合的可行性,即光纤光栅B ragg波长与F-P滤波器的调谐电压之间存在线性相关性。在实验研究的基础上,用最小二乘法对光纤光栅B ragg波长和F-P滤波器的调谐电压进行直线拟合,结果表明:它们之间的确存在密切的线性相关性。为提高拟合的效果,提出了分段直线拟合,它可以使测量误差降低至少1个数量级,从而提高了F-P滤波器光纤光栅解调系统的准确度。     

迟滞和蠕变补偿的F-P滤波器波长解调方法研究

在光纤布拉格光栅(Fiber Bragg grating, FBG)的波长解调方法中,可调谐法布里-珀罗(Fabry Perot, F-P)滤 波器解调法使用较多,但F-P滤波器中锆钛酸铅压电陶瓷（Pb(Zr1xTix)O3,PZT）的迟滞和蠕变使F-P滤波器输出波长随时间非线性变化,带来波长解调误差大、传感检测精 度低的问题。本文从研究F-P滤波器中的PZT迟滞和蠕变特性入手,提出了一种基于热标准具与PZT迟滞和蠕变补偿控制的F-P滤波器解调方法。控制PZT的驱动电压随时间非线性改变,使宽带光源经过F-P滤波器输出的波长能随时间等间隔变化,获得了随时间线性变化的标准具透射谱峰值波长,作为波长标尺的“刻度线”,为解调传感光栅的波长提供精确的波长基准。利用FBG测温的实验结果表明,本文提出的方法与未进行迟滞和蠕变补偿控制的方法相比 ,温度测量精度提高约20倍,温度测量误差小于0.5 ℃。     

基于光子晶体光纤F-P腔的高压电器温度传感器系统

基于光子晶体光纤F-P的窄带滤波特性和液晶折射率对温度变化敏感特性,提出了一种用于高压电器温度测量的温度传感器系统.该系统主要由液晶填充的光子晶体光纤F-P腔传感器、光纤F-P滤波器、放大电路和显示模块组成.将向列型液晶填充在光子晶体光纤F-P腔内,温度变化引起最大反射光强点波长的变化,采用光纤F-P腔滤波器解调出光波...     

光纤光栅温度应变同时测量传感技术研究进展

介绍了光纤光栅温度应变传感器的基本原理,对当前常用的实验方法进行了分类。简要介绍了参考光纤光栅法、双波长叠栅法、光纤Bragg光栅(FBG)与长周期光栅相结合的方法、不同包层直径光栅对法、纤芯掺杂法以及光纤光栅F-P腔法等方法的机理,并对每一种方案进行了详细的分析,讨论了其优缺点和改进方向。     

光纤Bragg光栅校准可调谐F-P滤波器解调系统的研究

基于可调谐光纤(TF)Fabry-Pent(F-P)滤波扫描传感光纤Bragg光栅(FBG)反射的原理,针对可调谐光纤F-P滤波器的透射波长与驱动电压的非线性与不重复性,提出一种新颖的利用置于恒温箱内的FBG来提供波长参考,得到光纤F-P滤波器小范围内的电压—波长线性关系,对一温度传感器进行了试验检测,在30~130℃范围内,系统的平均偏差为0.52℃。     

基于光纤光栅的液体粘度测量方法的研究

针对液体粘度在线测量问题,提出了一种基于光纤光栅的液体粘度测量方法,即通过检测光纤光栅中心波长的变化量测得液体自身的粘度值.这种依靠液体自身流动得到液体粘度的方法是对粘度在线测量问题的一种新的探索和突破.在液体流动过程中,利用光纤光栅感知阻流元件表面粘滞力引起的悬臂梁的应力变化,对解调出的波长变化量经过计算得到应力变化的大小,从而得到相对应的粘度值.通过实验研究,对于粘度标准液进行光纤光栅的标定,建立了中心波长变化量与粘度的数学模型.最终,进行验证性实验,测量一组液体的粘度值,并与标准粘度计测得的结果进行比对,证明了实验方法的可行性.     

基于F-P滤波器的光纤光栅解调和标定

探讨了基于F-P滤波法对光纤光栅波长解调和标定的方法。把信号电压整形为矩形脉冲信号进行解调和标定,用这种方法进行波长解调有很高的精度和稳定性,根据该方法设计的波长解调器已广泛应用于大型多点安全监测工程。最后,给出具体的波长解调和标定的实例,精度可达到±2 pm。     

均匀和线性啁啾光纤布拉格光栅对光栅耦合器型上下话路滤波器的下话路带宽的影响

在光纤耦合器的耦合区写入光纤布拉格光栅是实现全光纤型上下话路滤波器的一种有效方法.为了分析将均匀光纤布拉格光栅和线性啁啾光纤布拉格光栅分别写入光纤耦合器的耦合区时,对光纤光栅辅助失配耦合器型上下话路滤波器的下话路带宽的影响,采用波长为248nm的紫外光,在由标准单模光纤和高掺锗光敏光纤熔融拉锥制作的2×2光纤失配耦合器上分别写入均匀光纤布拉格光栅和线性啁啾光纤布拉格光栅,实验制作了均匀光纤布拉格光栅辅助失配耦合器型上下话路滤波器和线性啁啾光纤布拉格光栅辅助失配耦合器型上下话路滤波器.经测试,在下话路端口,前者的3dB带宽和20dB带宽分别约为0.1nm和0.3nm;后者的3dB带宽和20dB带宽分别约为0.8nm和2nm.实验结果与理论分析具有较好的一致性,这说明可以通过调节在光纤失配耦合器的耦合区的均匀部分写入的线性啁啾光纤布拉格光栅的啁啾量来调节所制器件的下话路带宽.     

F-P光纤应变监测系统在桥梁工程中的应用探讨

介绍了基于多波长复色光F-P光纤干涉原理,利用F-P光纤应变传感器组成了对桥梁主梁的应变实时监测系统,并对其监测系统的安装和应用工程中存在的问题进行讨论.     

宽带啁啾光纤光栅F-P腔磁场传感器研究

提出了一种结合反射光谱分析方法的全光纤微弱磁场传感器。利用两个啁啾光栅间隔一段距离构成一个全光纤的啁啾光栅F-P腔,将其粘贴在超磁致伸缩材料的表面构成一个磁换能器;采用条纹计数法对F-P腔的输出反射光谱进行解调,获得在外部磁场的作用下啁啾光栅F-P腔的腔长变化,从而实现对磁场的传感测量。实验结果表明:测量误差平均值为0. 43μT,方差为0. 3μT,系统的相位灵敏度为1. 62 rad/μT。提出的光纤微弱磁场传感器具有体积小、响应快、响应带宽大、可多点组网等优势,在未来微弱磁场的测量中有着巨大的应用价值。     

Theoretical analysis of transmission characteristics for all fiber,multi-cavity Fabry-Perot filters based on fiber Bragg gratings

The characteristics of transmission spectra for the all fiber, multi-cavity Fabry- Perot （FP） configuration based on fiber Bragg gratings （FBG） are theoretically analyzed and modeled. The general transmission matrix function for the structure with any number of cavities is derived, and explicit expression of the power trans- mission coefficient for symmetrical two-cavity FP is presented. The general condi- tions for flat-top single resonant peak at the central wavelength in FBG stop band are derived and verified in the numerical simulation section. The transmission peaks of single-cavity and two-cavity FP structures are compared and discussed, and results show that compared to the single-cavity FP, flatness of the top and steepness at the edge of transmission peak can be improved by introducing one more cavity. The resonant transmission peak properties of two-cavity structure are investigated in detail for various values of cavity length and FBGs with different reflection characteristics, and the design guidelines for transmission-type filters are presented. The results show that the steepness of peak slope can be improved by increase of FBG reflectivities, and these kinds of filters can be used as nar- row-band single-channel selectors and multi-channel wavelength de-multiplexing by properly choosing the length of cavities and reflectivities of FBGs.     

非对称级联型全光纤Fabry-Perot腔谱特性研究

为了进一步优化光纤光栅法布里-珀罗窄带滤波器的滤波性能,提出了基于光纤布拉格光栅的全光纤型非对称级联法布里-珀罗腔（FBG-FP）结构。通过传输矩阵方法,建立了数学仿真分析模型,推导出FBG-FP结构产生单峰谐振需满足的条件。对其传输特性进行了详尽的理论分析和模拟仿真,数值分析结果表明：通过对光纤布拉格光栅折射率调制深度以及谐振腔长等结构参量的优化组合,可以改善非对称双腔结构谐振光谱的通带平坦性和过渡带滚降特性;双腔FP器件可以得到更高的波长选择度,因此可用作信道化滤波与可调单频光纤激光器。     

一种高精度光纤Bragg光栅传感器解调方法研究

为了提高光纤Bragg光栅(FBG)解调系统的波长解调精度,满足实际中高精度测量的需要,提出基于F-P可调谐滤波器和波长基准器,采用相关谱法和线性插值法相结合的处理技术。该方法不但可以有效地抑制噪声,而且,可以精确地检测波长漂移量。实验表明:采用此方法可使Bragg光栅波长分辨力和解调精度相对于传统的峰值检测法有很大提高,波长分辨力达到1 pm,温度测量精度达到±0.2℃。     

测量液体折射率与浓度的光纤光栅传感器

基于长周期光纤光栅的耦合模理论,从简化的三层光纤模型出发,研究了外界环境折射率变化时长周期光纤光栅传输谱的变化,并对氯化钠溶液的浓度和折射率进行了验证。实验结果发现,长周期光纤光栅的谐振波长与氯化钠浓度的变化近似成线性关系,而与折射率成二次曲线关系,这与数值模拟的结果一致。采用长周期光纤光栅测量液体的浓度和折射率的方法结构简单,且传感信号属于波长解调,避免了光强波动及光纤损耗的影响,整个传感系统全光纤化,能够实现对环境介质的在线、实时、快速、精确测量,还可用于特殊测量场合,实现远程遥测功能。     

光纤光栅调制式光纤甲烷气体传感器的研究

介绍一种检测甲烷气体的全光纤传感方法。基于甲烷气体的近红外吸收光谱，采用LED宽带光源，通过光纤光栅和压电陶瓷(PZT)对其进行波长调制，获得窄带出射光，检测二次谐波，实现甲烷气体浓度的较高灵敏度测量。     

Interrogation technique using a novel spectra bandwidth measurement method with a blazed FBG and a fiber-optic array for an FBG displacement sensor

A double-arched-beam-based fiber Bragg grating (FBG) displacement sensor is presented. Unlike most interrogation methods by measuring the resonance wavelength shifts, this kind of FBG sensor is proposed to measure the displacement by measuring the FBG's reflective spectra bandwidth using a blazed fiber Bragg grating (blazed FBG) and a fiber optic array. According to the strain distribution on the novel double-arched beam surface, the positive and negative strain will act on only one FBG, which is stuck on the beam surface. Thus, the positive and negative strain will make the spectra broaden as the displacement increases. What is more, the problem of cross-sensitivity in the FBG sensor is solved because temperature only affects the wavelength shift, but not the spectra bandwidth. The reflective signal of FBG sensor will be lead into a blazed FBG and the radiation light from blazed FBG with a certain radiation angle will be received by a fiber optic array, and then recorded by the infrared linear detector (IRLD). Based on the Gauss distribution theory, the radiation light spot size related to the FBG's reflective spectra bandwidth can be determined. Simulation and preliminary experimental results indicate the feasibility of the proposed idea.     

基于腰椎放大熔接的FBG热线式风力计

提出了一种基于腰椎放大熔接和光纤Bragg光栅（ FBG）的热线式风力计,传感结构由表面镀金属银膜的FBG和腰椎放大光纤熔接点构成。腰椎放大熔接点将高功率的泵浦激光由纤芯耦合到光纤包层,被镀银膜吸收产生热量,从而使FBG的温度升高。当气流经FBG时,部分热量会被带走,导致FBG的温度降低。FBG的中心波长随温度的变化而变化,因此,通过测量FBG波长的漂移即可以测得气流速度。实验结果表明：此FBG热线式风力计的测量范围为0～13.7 m/s,灵敏度和分辨率分别可达1.0 nm/（ m/s）和0.001 m/s。     

垂直纳米光栅耦合器耦合效率分析与测试

介绍了基于Sol纳米光栅耦合器的理论研究及测试方法,系统研究了光栅参数对光栅耦合效率的影响,在占空比为1:1的基础上,对不同光栅槽深作了相应的理论分析,同时,还对不同角度的入射光作了相应的研究,经过仿真在入射角为10°时,对于波长为l 550 nm的入射光其耦合效率最高.除此之外,通过在光栅表面添加增透膜使其耦合效率在...     

基于光纤Bragg光栅应变传感器的量测锚杆拉力研究

由于被锚固结构自身的风化作用和锚杆自身的受力,蠕动变形等会改变锚杆的受力状态。为了实时反映锚杆的受力状态,将光纤Bragg光栅应变传感器通过引脚沿轴向焊接在锚杆的杆体上。由于锚杆杆体受力带动光纤Bragg光栅应变传感器引脚间距发生变化,使得应变传感器内的光纤Bragg光栅中心波长发生移位。通过对光纤Bragg光栅中心波长移位量的测量,可以实现对锚杆轴向拉力的在线监测。锚杆拉力试验表明:拉力灵敏度为6.5 pm/kN,线性度为1.78%FS。     

光纤光栅压力传感器及其温度效应研究

根据Bragg光栅方程,讨论了光纤Bragg光栅(FBG)压力传感机理及温度对光纤光栅反射波长的影响;通过裸光栅的罐状聚合物封装,在0～20MPa的范围内,使光纤光栅的压力灵敏度提高为-42.0am/Pa,是裸栅的17.3倍,可作为恒温时较高压力环境下使用的传感器;经实验结果分析,100℃以下的温度范围内,封装后的FBG受温度影响效应变为裸栅的4倍,反射波长与温度亦具有良好的线性关系。指出非恒温环境下的压力测量应考虑对传感器反射波长随压力变化曲线进行线性修正,以实现对压力的准确测量。