光纤Fabry-Perot超声传感系统设计与应用

设计一非本征光纤Fabry-Perot(F-P)干涉腔,采用优化方法确定干涉腔长度和两路输出光波长.建立基于双波长稳定技术的低细度光纤F-P传感系统,进行激光超声信号的检测.实验结果表明,该传感器检测微位移时灵敏度较高,达到0.468°/nm;可以有效检测试样中激发出的超声信号,在降低成本的情况下频响达到1.4 MHz.     

耦合型光纤超声传感器实验研究

提出了一种用于超声信号测量的耦合型光纤超声传感器并讨论了其工作原理.采用耦合型光纤超声传感器、光电转换控制电路和高分辨率的信号处理软件组建了超声信号检测系统.通过对150 kHz的连续超声信号、脉冲超声信号的测量试验,对耦合型光纤超声传感器的性能进行了检验,实验结果与压电超声传感器的测量结果相吻合,同时研究了光纤超声传感器对不同方向信号的响应特性.实验证明,耦合型光纤超声传感器适用于超声信号的测量.     

基于光纤声发射传感技术的桥梁监测实验研究

光纤传感器耐久性好,体积小,质量轻,易于实现分布式检测,能满足桥梁等土木结构的实时健康监测.该文设计了一非本征光纤法布里-珀罗(F-P)传感器结构,分析了光纤F-P声发射传感机理,建立了基于光纤F-P声发射传感技术的检测系统,用于混凝土桥梁健康状况的实时在线检测.实验结果表明,该传感器结构简单,体积小,成本低,制作容易,能有效用于桥梁健康监测,易于实现商品化.     

一种新型光纤光栅F-P电流传感器系统

基于磁致伸缩效应和F-P干涉原理,对传统内腔式光纤F-P传感器进行了改进,通过在一根单模光纤上制作两个参数完全相同的光纤布拉格光栅(FBG),作为F-P腔的两个反射面,设计出一种新型光纤电流传感器.与传统的基于F-P干涉仪原理的光纤传感器相比,该传感器不再将光强作为直接测量值,而是通过测量光强变化频率(数字量)实现对电流强度的测量,避免了直接测量模拟信号带来的较大误差,使传感器具有较强的抗干扰能力和稳定性.首先分析了该传感器的工作原理,然后给出了传感器系统的设计方案,最后用实验进行了验证,当交流电流在0～3 A变化时,实验数据与理论计算的结果相当吻合.     

基于光纤激光传感器的双频超声测量

提出一种基于分布布拉格反射式(DBR)光纤激光传感器用于液体环境中的双频超声测量系统。选用3MHz和7MHz的双频超声信号,通过改变调频指数,获得了四种不同情况下DBR光纤激光器的频谱输出,与理论分析相一致。结果证明,DBR光纤激光传感器可以用来检测双频超声信号。     

光纤F-P腔压力传感器在高温油井下的应用研究

针对高温、高压油井的测量环境,设计研制了基于光纤非本征型Fabry-Perot(F-P)腔的波长解调型光纤压力传感器系统.该系统采用激光熔接制作的光纤F-P传感头,具有测量动态范围大、温度敏感性小、耐高温和长期工作稳定等优点,在压强0～30 MPa范围内,系统压力测量分辨率达到0.003 MPa,温度敏感性小于0.002 MPa/℃.光纤传感头采用光纤-厚壁石英管激光熔接的无胶封装方式,解决了高温环境下的传感器高压密封和光纤保护问题.     

基于光纤F-P传感器的缺陷波极值实验研究

基于光干涉原理确定初始Fabry-Perot（F-P）腔长度,设计一光纤F-P干涉仪,建立光纤F-P激光超声实验装置,用于试样表面缺陷的非接触式检测。结果表明,激发源、传感系统及缺陷位置一定时,直接表面波的幅值和出现时间及反射回波的出现时间基本不变;缺陷的宽度、深度一定时,缺陷越长,缺陷反射波的幅值越大;缺陷尺寸一定,缺陷长度方向垂直激发源与传感器连线时,缺陷反射波幅值最高,随着倾角减小,幅值逐渐降低,平行时幅值最小。     

CO2激光熔融毛细管端面制备的光纤F-P压力传感器

提出了一种利用CO2激光熔融毛细管端面来制备光纤法布里-珀罗(F-P)压力传感器的方法。F-P结构由普通单模光纤和基于CO2激光熔融毛细管端面制备的硅薄膜组成。文章详细说明了硅薄膜的制造工艺和熔融参数,并对光纤F-P压力传感器进行了性能测试。实验结果表明:制备的光纤F-P压力传感器对气压具有良好的灵敏度和线性度,灵敏度可达到16.37pm/kPa,线性度为0.998。该光纤F-P压力传感器结构紧凑,易于生产,具有在极端恶劣环境下的应用潜力。     

啁啾布喇格光栅F-P传感器的优化设计

根据实际需要优化设计了一种基于啁啾布喇格光栅的本征型光纤法珀(F-P)传感器。对构成光纤F-P传感器的啁啾布喇格光栅的参数进行了优化设计,得到优化设计的光纤F-P传感器反射谱。实际制作了按照参数设计的啁啾布喇格光栅F-P传感器并进行了应变实验,实验结果表明,该方法设计的传感器应变测量精度高达±8με。     

F-P光纤传感器及光纤Bragg光栅传感器应用于光纤智能夹层的研究

本文对嵌入F-P光纤传感器和Bragg光栅光纤传感器的光纤智能夹层进行了研究,实现了对应变的测量。通过对光纤智能夹层的理论分析和试验研究,分析了应变对传感系数的影响,研究了F-P光纤传感器检测的应变与所受的载荷及Bragg光栅传感器波长变化量与应变之间的关系。     

碳纤维复合材料激光超声检测方法研究

激光超声检测技术具有非接触、快速及高效等优点,在复合材料无损检测领域应用前景较好。该文研究了激光热弹激发超声应力的机理,构建了非接触式扫描激光超声检测系统,用于碳纤维复合材料结构健康状况的实时在线检测。实验研究了超声信号与激光参数和接收距离等参数间的关系。实验结果表明,激光超声检测技术可有效用于碳纤维复合材料结构健康检测;建立的碳纤维复合材料激光超声检测系统采用了扫描激光技术,单次检测仅需0.1s,提高了检测效率,且装置简单,操作方便,易于安装调试;热弹范围内超声信号幅值随激光能量增大而增大,随接收距离增大而减小。     

激光超声探伤虚拟仪器设计研究

激光超声检测技术以其优异的特性广泛应用于无损检测评估领域,传统超声检测仪器智能化程度低、开发周期长等缺点限制了超声检测技术的发展。该文分析了激光超声探伤的原理,给出了一种确定缺陷分布位置的计算方法,建立激光超声探伤实验装置,采用LabVIEW软件开发了超声探伤虚拟仪器,进行工程结构超声探伤实验研究。结果表明,该系统能有效用于工程结构缺陷定位,相对误差为5.97%,具有较高精度,可满足工程实际需求,且操作简单,易于实现,软件界面友好,可扩展性强,智能化程度高。     

激光超声光学检测应用

激光脉冲照射样品表面会发出超声波,利用光学方法对超声波进行检测,可以对材料和产品质量进行无损评估。介绍了激光超声共焦法布里-珀罗(F-P)检测的原理,设计了一种新型共焦F-P干涉检测仪(CFPI),很好地解决了激光超声光检测中激光器的稳定问题和CFPI的稳定问题,用纯光学方法实现了真正意义上的无损检测应用,实验验证了该激光超声光学检测系统的实现方式。     

激光超声技术及其在无损检测中的应用

系统介绍了激光超声技术的研究情况,就其激发原理和检测技术作了全面的回顾与展望。综述了激光超声技术在高精度缺陷检测、高速材料表面扫描成像和恶劣环境中的检测应用。     

基于光纤环形激光器的传感技术研究与应用

基于光纤环形激光器的新一代光纤传感系统通过解调激光波长偏移来检测外界参量变化,得利于激光光谱窄线宽及高信噪比的特性,可实现高分辨率、高灵敏度、大动态范围的传感监测。文章介绍了包括基于光纤光栅、迈克尔逊干涉仪、法布里-珀罗腔、萨格奈克环以及马赫-曾德尔干涉仪等多种结构的光纤传感器工作原理,以及进一步构成光纤环形激光传感器的特性和多种应用案例,并对未来该领域的关键技术发展进行了分析。     

基于相敏检波和位置探测器的位移检测系统

为了实现对微小位移的测量,研制了一套基于单模光纤输出半导体激光器和2维位置敏感探测器的位移检测系统,可以有效地抑制环境光噪声。对半导体激光器的注入电流进行1kHz的调制,实现输出光功率的调制。在信号处理电路中,采用相敏检波技术,解调探测器的输出交流信号,得出光斑能量中心位置,消除外界干扰。结果表明,测量精度优于1μm。这一结果对于多自由度误差检测是有帮助的。     

钛合金二维扫描激光超声检测方法研究

钛合金材料缺陷危害性大,须进行健康状况监测。激光超声检测技术具有非接触、快速、高效等优点,可以满足钛合金结构的实时健康监测。该文研究了激光热弹激发超声应力的机理,在分析一维扫描激光超声检测效率的基础上,构建了非接触式二维扫描激光超声检测系统,用于钛合金结构健康状况的实时在线检测。实验结果表明,激光超声检测技术能有效用于钛合金结构健康检测;该系统可同时实现两个方向检测,相同条件下,检测效率较一维扫描提高约50%;实验装置简单,易于实现完全非接触式检测,可满足钛合金结构在工程实践中的实时在线检测,且可进行缺陷的定位检测。     

基于大模面积掺Yb光纤的100W种子光主振荡器功率放大技术

演示了一种基于大模面积掺Yb3+离子的全光纤放大器系统,该系统采用975 nm泵浦。系统是利用泵浦与Yb3+离子有源光纤相互作用产生信号源,光源为半导体激光放大的单频种子。通过优化系统,合理设计搭建光学器件,控制光束逆传输,减少非线性光学的干扰。100 W信号源作用于系统上,采用多级掺镱光放大的主振荡器功率放大器（MOPA）,最大输出3.2 kW连续激光。平均光-光转化效率为78.26%。光束质量Mx21.657,My21.735。输出稳定性小于2%。系统连续信号放大输出光具有广泛的应用范围。掺Yb3+离子的全光纤放大主要用于激光检测、工业测量技术研究等领域。     

基于相干探测的激光超声检测系统设计与实现

提出一种基于激光注入光纤相干的材料表面缺陷无损检测系统,将光学传感、空间光耦合及平衡探测技术有机结合,利用脉冲激光激励与单频激光探测手段,探讨激光超声信号在介质中的产生、传播与检测机理,并通过数据采集与LabVIEW图形化编程设计的上位机界面,对信号特性进行分析和处理。实验测试表明,采用激光注入光纤相干探测系统的信号检测,能减小系统噪声的影响,降低输出信号抖动,通过超声回波峰值信号突变,有效实现工件缺陷判断,为工程应用提供一种新的测量方法。     

基于布里渊损耗的单端分布式光纤传感系统研究

基于布里渊散射的分布式光纤传感系统以其可在整根光纤中同时得到被测量场在时间和空间上的连续分布信息,进而成为传感领域国内外研究的热点。针对传统的布里渊光时域分析分布式传感器只能双端入射且成本较高的缺陷,探索性地提出了一种新型的单端布里渊损耗光时域分析传感结构。采用一台窄线宽激光器作为唯一光源,应用铌酸锂电光强度调制器调制入射光产生频移可调的脉冲泵浦光,与经过光纤布拉格光栅反射的连续探测光进行布里渊散射放大效应。通过检测探测光光功率,采用洛伦兹和高斯函数线性权重谱和Levenberg-Marquardt算法得到了不同脉宽下整根光纤布里渊损耗谱。实验结果初步证明了这种传感结构对于分布式测量是可行的,对单端BOTDA的研制具有一定的供参考价值。