基于高阶模干涉的光纤应变传感器

介绍一种利用光纤内的高阶模干涉原理实现对应变测量的新型光纤应变传感器.在采用相同光纤的条件下,该应变传感器具有与光纤布拉格光栅(FBG)相反符号的应变系数,其温度灵敏度与FBG传感器相同,而应变灵敏度约为FBG传感器的2倍,非常适合与FBG结合实现应变与温度的同时测量,并具有结构简单、制作方便和成本低等特点.     

双光栅监测环氧树脂固化过程及玻璃化温度实验

为了实时监测环氧树脂的固化过程,建立了基于 光纤布拉格光栅(FBG)的固化监测系统。将裸FBG、石英毛细管封装FBG和高精度热 电阻浸入到环氧树脂及其固化剂的混合物中,一 起经历固化过 程。在升降温过程中,用热电阻监测环氧树脂内部温度变化,用波长解调仪实时测量两种FB G的波长变化。 实验结果表明,石英毛细管封装FBG监测到的温度变化趋势与热电阻监测结果相同;两种FBG 的波长差反 映了固化过程中的收缩应变,固化初期变化较大,之后逐渐减小。以玻璃态转变温度为分界 点,直接植入 环氧树脂的FBG温度灵敏度分别为石英毛细管封装FBG的5.3倍和为2.2倍。     

基于游标效应的FBG阵列灵敏度增强研究

为了提高光纤布拉格光栅(Fiber Bragg grating,FBG)的温度和应变灵敏度,我们提出了一种基于游标效应的FBG阵列光纤传感器。该传感器由Lyot干涉仪(Lyot interferometer,LI)和FBG阵列级联而成,LI作为游标效应的参考干涉仪,具有相同反射率和波长间隔的FBG阵列作为游标效应的传感部分。游标效应是由LI的FSR(Free spectral range,FSR)和FBG阵列的等波长间隔之间的微小差异引起的。LI由两个起偏器和一段熊猫型保偏光纤(Polarization-maintaining fiber,PMF)组成。我们通过仿真证明了LI和FBG阵列之间产生了游标效应。通过实验研究了不同保偏光纤长度情况下传感器的温度和应变响应,在LI的FSR为1.76 nm的情况下,该传感器的温度灵敏度为-241.60 pm/ ℃,应变灵敏度为-13.42 pm/ ℃。该混合级联结构最突出的优点是通过改变LI的FSR或是FBG阵列的波长间隔就可以轻易改变FBG传感器的温度灵敏度和应变灵敏度,具有较强的灵活性。该传感器为提高FBG传感能力提供了一个新思路。     

基于SMS-FBG结构的温度应变双参数传感特性研究

提出了一种基于单模-多模-单模(SMS)光纤干涉结构级联光纤布拉格光栅(FBG)的光纤微结构温度应变双参数测量传感器,并对其应变特性、温度特性进行了实验研究。通过采用光纤熔接手段将长度为35.5 mm的多模光纤熔接在两段单模光纤之间,构成SMS光纤干涉结构,并通过级联FBG制成温度应变双参数测量传感器。结果证明,在200～2 000με应变范围内,单模-多模-单模干涉结构和FBG的应变灵敏度分别为-2.31和1.22 pm/με,线性度分别达到0.999 2和0.999 4;在580～700℃温度范围内,其温度灵敏度分别为58.79和13.64 pm/℃,线性度分别达到0.996 7和0.998 2,可实现温度、应变双参数的同时测量。     

基于法布里-珀罗干涉仪和光纤布拉格光栅的双参量光纤传感器

提出了一种结构紧凑的基于法布里-珀罗干涉仪（FPI）和光纤布拉格光栅（FBG）的双参量光纤传感器,其可实现对应变和温度的同时测量。所制作的FPI是通过将一段端面被腐蚀过的多模光纤（MMF）与一小段光敏光纤（PSF）熔接而形成的。PSF的平整端面作为FPI的一个反射面,FBG被刻写在PSF中。实验测得FPI和FBG对于应变的灵敏度分别为 8.63pm/με和1.11 pm/με,对温度的灵敏度分别为和-1.60 pm/℃和9.75pm/℃。由于FBG和FPI对于应变和温度分别有不同的灵敏度,所以它们组合起来可以实现对双参量的同时测量。实验测得传感器同时进行应变和温度测量的最大误差分别为6.72με和0.98℃。     

飞秒激光制备异质光纤光栅的温度应变双参数传感器

针对光纤布拉格光栅(FBG)传感器在应用中温度与应变串扰的问题,利用飞秒激光结合相位掩模板法在异质光纤熔接点处刻写FBG,基于FBG的温度或应变响应系数的特点,实现温度与应变双参量的传感测量。分别标定了掺镱-石英FBG和铒镱共掺-石英FBG的温度和应变响应系数,结果表明,铒镱共掺FBG和石英FBG的温度响应系数差异较大,应变响应系数相近,故可用作温度、应变双参数传感测量。经过800℃的高温退火的铒镱共掺-石英异质FBG在700℃温度下可保持长时间反射率稳定,因此可应用于700℃以内的温度和应变双参量解调。     

一种基于锥形石英毛细管的光纤法珀应变传感器

利用一种新型光纤法布里-珀罗干涉仪,制作出一种光纤应变传感器。通过将一段石英毛细管与单模光纤熔接在一起,并将石英毛细管熔接部位熔为锥形制作而成。理论分析了传感器的工作原理与灵敏度,搭建了传感器应变测试系统。实验表明：在常温（20°C）下,采用波峰（谷）追踪法解调,传感器对应变有良好的线性响应,且灵敏度为1.34 pm/με,最小应变分辨率为3.73με,传感器的温度敏感系数约为5.66 pm/°C。因此,该传感器在应变测试中存在一定的潜在应用价值。     

一种新颖的光纤光栅应变与温度双参量传感器

提出了一种光纤微弯协助型光纤光栅(FBG)应变、温度双参量传感的新方案。通过特殊的传感器结构,FBG反射光的中心波长和光强受到应变与温度的调制,根据调制系数的不同,实现了应变与温度的同时测量。实验表明,本传感器有效解决了温度与应变的交叉敏感问题,而且线性响应度高(0．995),结构简单。     

FBG传感器封装工艺对交叉敏感问题的影响

研究了光纤光栅(FBG)应变传感器的封装与安装工艺对温度交叉敏感特性的影响。基于弹性力学理论对表面粘贴式和表面螺栓安装式两种典型的FBG应变传感器封装形式的交叉敏感机理进行了理论分析,并对国内几家主要的FBG传感器生产商的产品进行了测试。测试结果表明,表面粘贴式FBG应变传感器的温度交叉敏感性要大于表面安装式FBG应变传感器,与理论分析的结果相符。     

FBG传感器封装工艺对交叉敏感问题的影响

研究了光纤光栅(FBG)应变传感器的封装与安装工艺对温度交叉敏感特性的影响.基于弹性力学理论对表面粘贴式和表面螺栓安装式两种典型的FBG应变传感器封装形式的交叉敏感机理进行了理论分析,并对国内几家主要的FBG传感器生产商的产品进行了测试.测试结果表明,表面粘贴式FBG应变传感器的温度交叉敏感性要大于表面安装式FBG应变传感器,与理论分析的结果相符.     

双光纤双参量布里渊光时域分析传感技术的研究

对于布里渊分布式光纤传感器(DOFS),温度或应变的变化都会引起布里渊频移谱改变,因此存在交叉敏感问题。在以往对布里渊光时域反射(BOTDR)计的双参量传感研究中,采用单根光纤,通过同时检测布里渊频移和功率变化,实现双参量传感。但对于布里渊光时域分析(BOTDA),由于受激布里渊散射的偏振相关性,不能实现对受激散射光功率的准确检测,因此难以实现单光纤的双参量传感。针对这一问题采用温度和应变系数不同的双光纤进行双参量传感。先测量了几种常用光纤的温度和应变布里渊频移系数,然后选择G652和G652成缆两种光纤,通过构建系数矩阵,由两根光纤的布里渊频移计算得出温度和应力,从而实现了温度分辨率25℃左右,应变分辨率约为200με的双参量传感。     

光纤光栅埋入后温度、应变解耦分析

光纤光栅传感器在现实应用中的一个主要问题是温度和应变的交叉敏感问题.介绍了光纤双光栅同步测量温度和应变的原理,设计了一个光纤双光栅温度、应变测量系统,对光纤双光栅的温度和应变传感性能进行了实验研究,结果表明光纤双光栅具有多参量同时测量的能力.     

Union self-compensated packaging of FBG strain sensor

To solve the cross-sensitivity to temperature of fiber Bragg grating（FBG）strain sensor,an effective method is firstly proposed for the discrimination of strain and temperature by using a single FBG adopting a special compensated structure,which is based on the thermal stress.The relationship of strain and temperature responses of FBG is analyzed theoretically.The experimental results are in agreement with the obtained theoretical analyses.This sensor structure has excellent characteristics,such as simple structure,easy manufacture and higher strain sensitivity.     

光纤光栅应变传感器温度补偿系统研究

提出了采用BP神经网络算法来实现FBG应变传感器的温度补偿系统,用以改善FBG应变传感器的温度交叉敏感现象。通过计算机程序和实验表明,此方法实现了FBG应变传感器对应变量和温度量的精确分离,较好地改善了温度对传感器造成的非线性干扰,使传感器对应变的测量误差达到10-3数量级。同时,有效地抑制了FBG应变传感器非线性特性的影响。     

A Novel Double-Arched-Beam-Based Fiber Bragg Grating Sensor for Displacement Measurement

A double-arched-beam-based fiber Bragg grating (FBG) sensor for displacement measurement is presented. Unlike most FBG sensors that measure the resonance wavelength shifts to detect the measurand, this kind of FBG sensor is proposed to measure the displacement based on the demodulation of the FBG's reflective spectra bandwidth. 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. Simulation and preliminary experimental results indicate the feasibility of the proposed idea and a fairly good linearity of the measurement characteristic.     

温度应变双参量同时测量的光纤传感技术研究

光纤光栅用于传感领域存在应变和温度的交叉敏感问题。从温度与应变的分离方法方面主要分双波长矩阵法和双参量矩阵法两类,综述了用于温度和应变同时测量的光纤光栅传感器的最新研究成果,对一些基于其他理论的新方法也做了简要的介绍。概括了各方法的基本原理,并对这些方案的优点和不足进行了分析。     

双光纤Bragg 光栅用于FBG型传感器的温度补偿

理论分析了FBG型传感器的温度应变交叉敏感机制,利用温度和应变响应相同的光栅对实现了光纤Bragg 光栅应力/ 应变传感器的温度补偿,有效的消除了交叉敏感对FBG型传感器测量精度的影响,有利于光纤Bragg 光栅传感器的实用化。     

双光纤Bragg 光栅用于FBG型传感器的温度补偿

理论分析了FBG型传感器的温度应变交叉敏感机制，利用温度和应变响应相同的光栅对实现了光纤Bragg光栅应力／应变传感器的温度补偿，有效的消除了交叉敏感对FBG型传感器测量精度的影响，有利于光纤Braagg光栅传感器的实用化。     

双光纤Bragg光栅反射谱叠加特性分析

在理论分析了光纤Bragg光栅传感器的温度应变交叉敏感机制的基础上,给出了一种双光纤光栅温度补偿型应变测量传感器结构,并分析了其工作原理.对此传感器的双光纤光栅测量探头存在的反射谱叠加问题进行了较为详细的讨论,指出在光纤光栅反射谱带宽内叠加将产生反射谱畸变,降低测量系统的分辨率,同时提出了解决方法.