CO2激光刻写长周期光纤光栅与光纤MZ结构的双参数传感特性

为了实现温度与应变的双参数高精度传感测量,提出了一种CO2激光刻写长周期光纤光栅（Long Period Fiber Grating,LPFG）与光纤马赫-增德尔（MZ）干涉型结构的光纤传感器,利用CO2激光刻写制作LPFG并利用错位熔接法制备光纤MZ结构,将二者级联并实时监测温度及应变变化时的透射谱变化,研究了其传感原理并验证了其温度及应变传感特性。实验结果表明:该双参数光纤传感器的LPFG仅对温度敏感,MZ干涉结构对温度和应变都敏感;在温度范围35~70℃时,LPFG特征波长升温灵敏度38.57 pm/℃,降温灵敏度39.17 pm/℃;MZ干涉结构特征波长升温灵敏度38.57 pm/℃,降温灵敏度为37.50 pm/℃;当应变范围0~450 时,MZ干涉结构加载灵敏度4.01 pm/,卸载灵敏度为4.24 pm/。为温度和应变的实时测量提供了一种灵敏度高、线性度好的光纤传感器。     

基于涂覆石墨烯量子点-聚乙烯醇的拉锥细芯光纤的温湿度传感器

提出了一种基于拉锥细芯光纤的温湿度传感器。先将细芯光纤熔接在两段多模光纤的中间，并在多模光纤两端熔接单模光纤，利用拉锥机对细芯光纤进行分步拉锥。实验测得细芯光纤拉锥前后的传感器的温度灵敏度分别为31 pm/℃和72.7 pm/℃。将少量石墨烯量子点-聚乙烯醇涂覆在传感器锥部得到温湿度传感器，实验测得其温度灵敏度最大为288.3 pm/℃，湿度灵敏度可达到131.7 pm/%。该传感器具有性能稳定、灵敏度高、制备简单、成本低的特点，在温度和湿度传感领域具有广阔的应用前景。     

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℃。     

避免温度交叉敏感的FBG非接触式磁耦合位移传感器

为了满足立式辊磨机磨盘与磨辊间的位移监测 需求,设计了 一种新型的可进行温度补偿并能提高测量精度的非接触式磁耦合光纤Bragg光栅(FBG)位移传 感器,完成了相关理论分析和 标定实验。测试结果表明:本文传感器的量程范围是1～12mm,位移 测量分辨率为1μm,重复性误差为2.6%, 回程误差为0.98%FS。未进行温度补偿前,温度对位移的影响为28.10pm/℃;温度补偿后, 温度对位移的影响为0.88pm/℃。本文研制的传感器可用于工程中非 接触条件下的位移测量。     

卫星环境温度监测的光纤光栅传感器研究

针对航天行业太空环境下对卫星内部温度监测的需求,研制了一种直接测量卫星内部温度的光纤光栅温度传感器。通过对传感器的结构进行了优化设计,选择一种新型的封装工艺,解决了温度、应变交叉敏感问题。选取相同封装条件的3个光纤光栅温度传感器进行温度标定。结果表明,在0～60 ℃范围内,光纤光栅温度传感器灵敏度分别为9.26 pm/ ℃、9.60 pm/ ℃、9.47 pm/ ℃,精度为1 pm,温度分辨率达到了0.1 ℃,线性度均达到0.998以上,具有良好的重复性与一致性,可应用于卫星内部温度的实时监测。     

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。     

基于超磁致伸缩材料的光纤光栅磁场传感器

在分析光纤光栅传感原理的基础上,设计了一种基于超磁致伸缩材料的光纤光栅磁场传感器.先将一根光纤光栅粘贴在超磁致伸缩材料上;为补偿温度对磁场测量光纤光栅传感器的影响,再将另一根光纤光栅的一端固定在有机玻璃上并保持自由状态.对设计的传感器进行温度和磁场强度响应特性实验,在0~40℃的范围内,磁场测量和温度补偿光纤光栅的温度灵敏度分别为22和9.9pm/℃.在0-1200×10^-4 T范围内,传感器的磁场强度检测灵敏度约为1pm/1×10^-4 T,分辨率为1×10^-4 T,线性度为0.9963,稳定性约为±3×10^-4 T,为弱磁场的测量提供了一种新方法.     

金属基底增敏的干涉型高温光纤传感器

为了实现对井下潜油电泵机组温度的实时监测,设计了一种由粗锥型单模--多模--单模(Coarse Cone Singlemode-Multimode-Singlemode, CCSMS)构成的马赫--曾德尔干涉(Mach-Zehnder Interferometer, MZI)型高温光纤传感器。该结构采用直接熔接的方法将单模光纤与多模光纤相熔接;接着通过调整熔接机的熔接参数,在单模光纤上制作出粗锥结构;最后将制备的结构嵌入铜基板的U型槽中,实现传感器的增敏封装。对封装后的传感器的温度响应特性进行了测试。实验结果表明,在40～250℃的温度范围内,该传感器实现了灵敏度为124.9 pm/℃的温度传感。对其稳定性和重复性进行了测试。结果表明,传感器的稳定性最大误差约为0.44%,重复性最大误差约为2.29 pm/℃。该传感器具有灵敏度高、重复性和稳定性好的特点,有望用于油气井下潜油电泵机组的温度监测。     

光纤多参数传感器研究

基于光纤Bragg光栅(FBG)检测原理,研发了适用于地下空间安全监测应用的光纤风速、温度、湿度等多参数传感器。光纤风速传感器基于激光致热光纤热线式流量检测原理,对于低风速有较高的灵敏度,风速从0变化到0.5 m/s时,FBG波长变化量为800 pm,采用解调精度为1 pm的光纤光栅解调仪,风速分辨率为0.7 mm/s。光纤湿度传感器通过在FBG光栅表面均匀涂覆湿度敏感的聚酰亚胺溶液,湿度变化导致光纤应变变化进而实现湿度测量。对新型光纤光栅温湿度传感器的性能参数进行测试,实验测试结果显示,传感器监测灵敏度为4.2pm/%RH,检测精度小于±3%RH。     

基于光纤锥和多模渐变光纤的马赫-曾德尔干涉仪的传感特性研究

提出了一种基于光纤锥和纤芯失配光纤结构的马赫-曾德尔干涉(MZI)传感器。在距离单模光纤(SMF)锥25mm处熔接一段长30mm的多模渐变光纤(GI MMF),形成SMF-光纤锥-SMFGI MMF-SMF结构。其中,光纤锥起到增加包层模能量的作用,GI MMF为传感臂。传感器外界环境温度、折射率及应力的改变都会使传感器的纤芯基模和包层模的光程差发生改变,从而引起传感器干涉谱发生变化,通过监测干涉谱的变化可以实现对外界物理量的测量。实验研究结果表明,当环境溶液温度在30~89℃范围内变化时,传感器的温度灵敏度为78.6pm/℃,线性度为0.997;环境溶液折射率在1.333~1.394变化范围内,传感器的折射率灵敏度为81.48dB/RIU,线性度为0.989;轴向应变在0~933.3με变化范围内,传感器的应变灵敏度为0.33×10-2 dB/με,线性度为0.998。本文传感器可以实现多个物理量的同时区分测量。