一种低成本透射光谱强度调制型光纤温度传感器

提出了一种低成本的新型强度调制型光纤温度传感器。该传感器主要由宽谱光源、三端口光环形器、光纤耦合器、偏振控制器、PMF光纤、光电探测器,以及信号处理单元组成。在较短的PMF光纤条件下,温度变化会对PMF光纤双折射产生直接影响,导致两相干光束产生一定的相移变化,使经过Sagnac环干涉后具有不同的透射光谱,即发生波长漂移。利用光电转换和信号处理,将检测到的光信号转换为电压信号,对其进行解算从而完成对温度的检测。在无需光谱分析仪的情况下,通过对Sagnac干涉仪的透射光谱进行信号处理,根据随温度的变化函数解算出测量温度。在25~50.5℃的温度范围内进行了实验,测试结果表明该光纤温度传感器的灵敏度为0.066mW/℃,分辨率为0.34℃。     

基于保偏光纤模式干涉的温度传感技术

基于Sagnac光纤干涉仪偏振非互易的光纤温度传感器的理论、方案和相关技术,利用光强度直接测量的信号检测技术,实现了单点温度传感并进行了实验验证.实验和测试表明:这种温度传感器达到了0.01℃的温度分辨率和稳定性,通过改变温度传感头的长度和传感保偏光纤的双折射率,可方便地调节其测量范围.同时又提出了一种新的反射型保偏光纤温度传感方案并研制出微小型保偏光纤温度传感头.在此基础上,实现了多点温度测量,研制出大型变压器绕组温度监控用多点温度传感系统,在0～200 ℃的温度范围内达到了0.5℃的测量精度和分辨率,研制的传感头满足高电压绝缘和热油、热蒸汽的恶劣环境要求.     

一种新型的电压温度双参量光纤传感器

提出了一种电压温度双参量光纤传感器.在理论上分析了从一个敏感晶体上分离出温度、电压两种信息的可能性:石英晶体作为敏感元件.通过合理安排传感头中各部件.传感器同时输出两路信号:一路是包含Pockels效应的电压信号;一路是石英晶体旋光效应的信号.由于旋光效应与温度有关.这路信号用来反映传感头光路上的温度信息.实验获得理论所预期的结果.从而只使用一个传感头就可以同时测量电压与温度.给出了实验装置.结果显示在90℃温度范围内电压的精度可达0.5%.温度的精度为±1℃.     

抗恶劣环境的保偏光纤温度传感器

基于应力型保偏光纤传输常数差对温度的敏感性并利用偏光干涉技术,提出了一种反射型保偏光纤温度传感器并推导出传感方程。在传感器中采用宽谱光源抑制了输入/输出光纤中偏振耦合引起的误差,特性分析表明这种传感器实用、精度高并且配置灵活。实验结果与理论完全吻合,其噪声等效可探测温度精度达0.01℃。根据大型电力变压器的绕组温度监测要求,研制出一套远程多路温度传感器系统。采用特殊的涂覆和密封石英毛细管封装技术,保证光纤传感头能在热油及250℃的高温下工作,而且具有很高的绝缘性。检测结果表明传感器在0~200℃内,达到了±0.5℃测量精度。     

基于渐逝波耦合的网络化光纤温度传感器研究

基于光纤渐逝波耦合原理,在光纤耦合器的熔锥区涂敷温敏材料制得光纤温度传感器,并将3个传感头级联,构建温度传感器网络.采用锁相环技术测试了各传感器的分光可见度随温度的变化关系.实验表明,在40～ 90℃范围内,随着温度的增加各传感器的分光可见度单调增加,并通过零值点.利用三次多项式函数对温度传感特性曲线进行拟合,并对整个传感网络系统进行定标,多次测试结果表明,本系统的温度测量准确度优于±0.2℃.     

抗恶劣环境的保偏光纤温度传感器

基于应力型保偏光纤传输常数差对温度的敏感性并利用偏光干涉技术，提出了一种反射型保偏光纤温度传感器并推导出传感方程。在传感器中采用宽谱光源抑制了输入/输出光纤中偏振耦合引起的误差，特性分析表明这种传感器实用、精度高并且配置灵活。实验结果与理论完全吻合，其噪声等效可探测温度精度达0.01℃。根据大型电力变压器的绕组温度监测要求，研制出一套远程多路温度传感器系统。采用特殊的涂覆和密封石英毛细管封装技术，保证光纤传感头能在热油及250℃的高温下工作，而且具有很高的绝缘性。检测结果表明传感器在0-200℃内，达到了±0.5℃测量精度。     

基于腔衰荡光谱技术的光纤微腔温度传感器

提出并实现了一种基于腔衰荡光谱(CRDS)技术的光纤微腔温度传感器。利用高频CO2激光脉冲技术在1060 nm单模光纤上直接刻蚀光学微腔,将其作为传感单元接入到光纤环谐振腔中,通过测量脉冲激光衰荡时间实现了温度传感。在24℃~93℃温度范围内,光纤微腔温度传感器灵敏度达到83.36 ns/℃,实验测量结果具有良好的线性度。     

一种高灵敏度光纤Bragg光栅温度传感器

设计了一种基于光纤Bragg光栅(FBG)的高灵敏度温度传感器,分析了它的温度传感特性。该温度传感器的灵敏度为0．474nm／℃,是裸光栅的45．9倍;线性度为0．9988;通过调节有关参数可进一步提高或选择合适的灵敏度;通过改变参数可以调节该传感的传感区段,可用于常温下的温度测量。     

提高分布式温度传感器测温准确度的降噪方法

为了减小拉曼散射光波长相关损耗、光电探测器附加噪声及散射光中的瑞利噪声对分布式光纤温度传感器测温误差的影响,通过分析分布式光纤温度传感系统的解调原理提出了一种反斯托克斯光降噪方法。将光纤按照环形结构铺设,以每次测量的反斯托克斯光信号中菲涅耳反射峰后的基底噪声平均值作为动态本底噪声,利用两段处于不同温度的光纤消除动态本底噪声后的瑞利噪声。反斯托克斯光降噪解调法从原理上避免了参考斯托克斯光引入的测温误差,消除了本底噪声和瑞利噪声导致的测温误差。实验结果表明,修正的分布式光纤温度传感系统的最大测温误差从5.4℃降低到0.6℃,测温准确度有明显提高。     

动静态监测光纤光栅传感信号的实验研究

基于可调谐光纤TF Fabry-Pent（FP）滤波扫描传感光纤Bragg光栅（FBG）反射峰的原理．提出一种新颖的探测方法,分别从动静态两方面监测传感FBG反射谱与TF F-P透射谱的合成谱。实验中．通过加载到TF F-P滤波器的驱动信号的不同,在静态监测下,模拟并分析了光信号功率与转化电压的趋势图以及多次实验中探测到最大信号时两者的关系;用双踪示波器动态实时监测并分析了经光电探测（PD）及其放大调理电路转换后的电压变化信号。实验结果表明．PD探测的最大值与传感FBG反射峰对应。经过标定后的系统分辨率可达1pm,测量精度为0．01nm。     

基于动态法布里-珀罗腔的光纤光栅温度传感

提出一种动态非本征法布里-珀罗(F-P)腔对波长的解调方法。利用压电陶瓷(PZT)构建的动态非本征F-P腔调制光纤布拉格光栅(FBG)反射光,理论分析得到调制光强随F-P腔的腔长改变呈类余弦变化。经数值模拟,当PZT在正弦电压驱动下,F-P腔调制输出的类余弦信号因FBG波长的变化产生了信号曲线的位移,且位移量与FBG波长的变化量呈线性关系,此关系可用于FBG波长的解调。通过动态F-P腔与光纤光栅构建的温度测量实验系统,对不同温度下的液体进行实验测试,在35℃～80℃温度变化范围内验证了液体温度变化量与类余弦信号的位移量呈线性关系,其线性拟合度达99.5%。     

基于F-P扫描干涉仪的长周期光纤光栅传感解调系统研究

利用F-P扫描干涉仪的滤波特性,提出了一种可应用于长周期光纤光栅传感解调的新方法.即利用F-P扫描干涉仪对长周期光纤光栅的某一级透射谱进行波长扫描,通过探测器实现光电转换,电压比较器对滤波光束电压进行比较,检测最小电压,借助F-P驱动电压进行定标确定传感元的波长,实现信号解调.通过与光谱仪监测值进行对比,得到实验结果与监测值基本吻合,且具有很好的重复性.     

采用液体腔的全光纤Fabry-Perot结构温度传感特性研究

提出并设计了一种基于液体腔结构的全光纤Fabry-Perot(F-P)传感器,对F-P传感器原理进行了研究。采用内径为0.3 mm的玻璃毛细管作为套管,将两根SMF-28单模光纤插入套管构成F-P结构,并通过在腔内填充液体进一步提高传感器的灵敏度。实验中,以空气及纯净水作为腔内介质,分别制备了光纤端面距离为119μm和123μm,反射谱周期以及条纹对比度分别为15.15 nm、14.13 nm和11.17 dBm、11.83 dBm。实验中对所制备的两种F-P传感器分别进行了温度特性的测试,在20℃的范围内,每间隔2℃对反射光谱进行采集。对于空气腔结构F-P传感器,随着温度逐渐升高,波长发生红移,特征波谷波长漂移量为2.39 nm,温度灵敏度为121 pm/℃,线性度为0.94,最大功率漂移为1.17 dBm;对于液体腔结构F-P传感器,随着温度逐渐升高,波长发生红移,特征波谷漂移量为5.31 nm,温度灵敏度为243 pm/℃,线性度为0.98,最大功率漂移量为4.07 dBm。     

基于LCFM的分布式光纤热风管温度检测

为了解决分布式光纤温度传感器在高炉热风管现场出现的温度漂移问题,采用光源中心频率匹配法对其进行了理论推导和实验验证。通过对入射光电流与参考光电流的差值进行检测来实时调整F-P光滤波器的带宽,使滤波器允许通过的频率范围始终包含光源的中心频率,实现滤波器带宽与光源中心频率的匹配。采用频率匹配法使光纤传感器输出的Raman比与距离的曲线在不同环境温度下基本重合,传感器的线性度约为0.52%。结果表明,采用光源中心频率匹配法可减小光纤传感器的温漂,且不影响传感器的线性度。将中心频率匹配法与分布式光纤温度传感技术相结合对于实现热风管表面温度的有效测量具有一定的意义。     

基于微椭球空气腔的光纤压力传感器的设计

设计了一种新型的在线光纤法布里-珀罗(F-P)压力传感器.该传感器的F-P腔为微椭球空气腔,由光纤熔接机以特定的熔接参数熔接单模光纤和实芯光子晶体光纤而成.该传感器基于F-P干涉原理测量压力,全石英结构,制作工艺简单,温度串扰小.分析了封闭的椭球形空气F-P腔中短轴直径(腔长)与长轴半径(敏感膜有效半径)的关系;利用高斯光束传输理论分析了空气F-P腔形状与腔内损耗的关系.分析了SiO2敏感膜受压后中心挠度与膜厚、有效半径的关系.建立了SiO2膜的压力敏感特性模型,在施加均布载荷条件下对模型的挠度形变特性进行了数值解析和有限元仿真.仿真了传感器F-P干涉条纹波谷波长与压力的关系,为设计制作光纤微压传感器提供了理论依据.     

激光脉冲制作的长周期光纤光栅/法布里-珀罗高温-应变组合传感器

在很多高温环境应用中,诸如发动机、飞机和宇航器、复合材料的健康监测,需要精确测量应变。针对这种场合提出了一种基于激光脉冲制作的长周期光纤光栅/法布里-珀罗(LPFG/F-P)温度-应变组合光纤传感器。该传感器由长周期光纤光栅与光纤法布里-珀罗干涉传感器级联构成,其中长周期光纤光栅由高频CO2激光脉冲制作,用于监测温度;光纤法布里-珀罗干涉传感器由157nm准分子激光脉冲制作,用于监测应变。这种新型组合光纤传感器最大的特点是能承受500℃的高温并能在高温环境下实现应变的精确测量,可望在高温恶劣环境条件下的结构(如飞机发动机)健康监测、复合材料生产过程监测等应用中发挥重要作用。     

利用LD自混合干涉的光纤Fabry-Perot传感器

提出了基于半导体激光器(LD)自混合干涉原理的光纤Fabry-Perot(F-P)传感器。采用F-P腔模型推导出了LD输出功率、频率与外部光纤F-P腔长变化的理论关系式,分析讨论了这种传感器的分辨率、测量范围、线性度、灵敏度等特性。实验结果与理论分析基本吻合。与现有的外腔式F-P干涉光纤传感器相比,LD自混合干涉光纤F-P传感器具有结构简单、紧凑、易准直等优点。     

光纤F-P应变传感器光纤端面反射率优化

讨论了光在F-P腔内的传输损耗,并分析了损耗对传感器输出信号质量的影响,进而提出了通过提高反射光纤端面反射率的方法来改善传感器输出信号的质量。为了使传感器在其工作腔长范围内的输出信号整体上具有尽可能好的对比度,采用最小均方误差法确定了反射光纤端面的最优反射率值,为F-P传感器制作中光纤端面反射率的确定提供了指导。     

A coupled optoelectronic oscillator with three resonant cavities

A new single-mode optoelectronic oscillator (OEO) with three coupled cavities is proposed and demonstrated. A Fabry-Perot (F-P) cavity fiber laser and an optical-electrical feedback branch are coupled together to construct an optoelectronic oscillator, where the F-P cavity fiber laser serves as a light source, and a modulator is placed in the laser cavity to implement reciprocating modulation, which simultaneously splits the laser cavity into two parts and forms a dual-loop configuration. To complete an optoelectronic oscillator, part of optical signal is output from the F-P cavity to implement the feedback modulation, which constructs the third cavity. Since only the oscillation signal satisfies the requirements of all the three cavities, a single-mode oscillation can be finally achieved. Three resonant cavities are successfully designed without adding more optoelectronic devices, and the side-modes can be well suppressed with low cost. The oscillation condition is theoretically analyzed. In the experimental demonstration, a 20 GHz single longitudinal mode microwave signal is successfully obtained.     

基于光纤Bragg光栅的Fabry-Perot滤波器特性的分析

在分析光纤Bragg光栅Fabry-Perot(F-P)腔特征的基础上,提出了光纤Bragg光栅F-P滤波器的数学模型.利用传输矩阵法对光纤Bragg光栅F-P腔进行了理论分析.通过Matlab仿真工具数值模拟光纤Bragg光栅F-P滤波器的光谱,并对其特性进行了详细分析,得出了决定滤波器传输特性的相关参量及其影响规律.根据光纤Bragg光栅F-P腔的相位谐振条件,推导了光纤光栅F-P腔的腔长与光纤Bragg光栅常数之间的关系,从而为研制基于光纤Bragg光栅的F-P滤波器提供了依据.