螺旋布设光纤光栅的软体操作器形状传感方法

为实现微创手术软体操作器弯曲伸缩运动时的形状测量,提出一种螺旋布设光纤光栅形状传感方法。不同于传统的直线形布设方法,螺旋形布设方法可以防止软体操作器弯曲伸缩运动时,光纤光栅的折断、脱胶现象发生。理论分析了螺旋布设光纤光栅的传感原理及弯曲变形的重构算法;制备了光纤光栅沿螺旋形布设在软体操作器表面的试样;搭建了软体操作器弯曲变形的实验系统;实验分析了软体操作器在不同弯曲状态下,螺旋布设光纤光栅中心波长漂移量与弯曲角度间的变化规律,并重构出软体操作器的变形形状。实验结果表明:螺旋布设光纤光栅在软体操作器中不同位置的灵敏度最大为7.1pm/(°),软体操作器弯曲角度实际测量值与理论重构值间的最大误差不足4.29%。螺旋形光纤传感方法可用于软体操作器形状传感与重构。     

D型贴膜光纤折射率传感特性研究

本文提出一种贴膜D型光纤用于折射率传感,采用半解析方法建立模型,并分析计算在不同纤芯贴膜距离、贴膜厚度、贴膜折射率、工作波长条件下贴膜D型光纤工作性能,发现其折射率传感性能较普通D型光纤有较大提高,同时设计了两种工作在不同传感要求范围条件下的贴膜D型光纤。     

光纤传感技术在超导磁体状态监测中的应用研究

介绍了低温超导磁体和高温超导磁体在组装、降温及运行过程中对温度、应变等物理参量监测的需求;介绍了基于光纤光栅、布里渊散射、拉曼散射及瑞利散射的光纤传感技术的工作原理;总结了将上述光纤传感技术应用于低温超导磁体及高温超导磁体的温度及应变测量中的研究进展;归纳了上述研究中存在的问题,并对未来研究进行了展望.该综述有助于超导...     

全保偏M-Z型光纤磁场传感系统实验研究

报道一种基于全保偏Mach Zender型干涉检测的光纤磁场传感系统。采用TbDyFe磁致伸缩材料,在长度约为10cm的裸保偏光纤上环绕了一层厚度约为2μm的膜,大大提高了磁致伸缩材料与光纤的附着性能,解决了光纤弯曲问题。选用保偏光纤耦合器、保偏光纤偏振器,构成包括传感部分在内的全部保偏的Mach Zender型光纤传感系统,从根本上抑制了系统偏振噪声;利用主动相位补偿法有效地消除了干涉仪系统的相位漂移。对系统的直流偏置和交流磁场响应特性进行了测试。实验结果表明,系统的相位随磁场变化的灵敏度为0.45458rad/mT,可检测的磁场分辨率达到2×10-8T。     

光纤传感技术的应用及发展

介绍了传光型与传感型光纤传感器的基本原理，阐述了强度调制型光纤传感器、干涉型光纤传感器、光纤光栅以及光纤声发射传感器的应用，指出我国光纤传感技术存在的问题以及发展方向。     

磁流体型光纤磁场传感研究进展:从标量到矢量

磁流体具有优异的磁光特性,为光纤磁场传感器的实现提供了一种新途径,经过十多年发展,已经成为光纤磁传感领域的一个重要研究方向。目前,已有大量的基于不同结构和原理的磁流体型光纤磁场传感器被相继提出,且总体上经历了从标量到矢量磁场传感的发展,文章以该发展脉络为主线,对磁流体的磁光特性、传感器的实现方法进行梳理和总结,最后指出当前仍存在的一些问题并进行展望。     

光纤光栅聚合物封装及传感特性研究

把两种聚合物(HTC-1, THE-5)及金刚砂按一定比例均匀混合后,对光纤光栅(FBG)进行封装处理:封装后光纤光栅的应变和温度传感线性度非常好,均达到0.99以上,应变线性范围超过8000微应变,与裸光纤光栅的测试结果相比灵敏度系数提高了3.5倍,温度灵敏度系数提高7倍左右,抗压强度为65 Mpa,完全满足土木结构的智能监测需要。     

高双折射光纤Sagnac环镜强度型温度传感特性研究

报道了高双折射光纤Sagnac环镜温度传感特性的实验研究结果，测得环镜的温度灵敏度系数为0．92nm／℃，为光纤布喇格光栅(FBG)温度灵敏系数典型值的89倍。以该环镜作为传感元件，以光纤布喇格光栅的反射谱作为光源，研究了环镜的强度型温度传感特性。在30～45℃的温度变化范围内，环镜透射光强与待测温度的关系具有较好的线性度和重复性，温度分辨率可达0．03℃。     

光子带隙型光子晶体光纤温度传感特性分析

为了提高光子带隙型光子晶体光纤的温度灵敏度,提出了在纤芯环上并入高折射率液体圆柱的新结构,并利用全矢量有限元法对提出的结构进行了仿真,得到了温度对光纤有效折射率、纤芯能量和有效模面积等传输特性的影响。结果表明,随着温度的升高,光纤的有效折射率和有效模面积会减小,纤芯能量会增加,且零群速率色散点向短波长方向移动,尤其在短波长条件下光纤传输特性随温度变化趋势更加明显。该研究提高了光子带隙型光子晶体光纤传输特性的温度灵敏度,使其更加适合于温度传感方面的应用。     

微光纤耦合器制作及振动传感特性研究

分析了微光纤耦合器的基本光学特性,利用微纳光纤拉制平台,在线监测制作出具有良好光学性能的微光纤耦合器,对微光纤耦合器的振动信号响应特性进行分析与实验研究,并进行了行人走动引起的振动信号的响应测试,实验结果表明微光纤耦合器对外界振动具有高灵敏度的传感性能,在区域点警戒方面具有一定的应用价值。     

基于光纤传感的形状传感发展研究

光纤传感技术是近年来新兴的一种传感技术, 在众多领域中得到了广泛的关注和研究。归纳总结了光纤形状传感技术研究的主要进展, 讨论了基于光纤光栅传感和分布式传感的光纤形状传感技术的基本原理, 介绍了形状重构的理论框架——Frenet-Serret公式, 分析了分布式光纤形状传感技术研究中的关键问题, 并在此基础上对分布式光纤形状传感技术的研究前景进行了展望。     

基于光纤惯性传感的变形测量方法研究

为了对地表变形进行实时有效的监测,及时发现其不规则沉陷的规律和趋势,从而确定整个地表移动区域的下沉情况。本文选取MIMU惯性测量单元,布设光纤光栅传感器,设计分布监测网路对地表变形数据进行测量。构造新的指数型阈值小波算法并结合时间序列分析对采集的数据进行去噪处理,显著提高去噪效果,最后利用卡尔曼滤波进行变形体的变形趋势预测。与仿真实验结果对比分析发现,采用这种方法得到的数据准确有效,该方法可应用到地形变形预测的工程实际中。     

光纤感知阵列在线滑觉测试系统

针对智能柔性滑觉传感中位置与速度的实时监测问题,设计了一种监测目标位移与速度的光纤感知模块。首先,采用温度补偿模块解决温度交叉敏感问题;然后,在分析传感单元应力分布仿真结果的基础上提出了“米”型FBG组网结构;最后,采用标准压力计与小球完成了位置方向与速度状态的测试,并提出了适用该结构的目标状态解算模型。仿真结果显示,目标轨迹平均形变量约为0.32 μm,衰减距离宽度约为3.0 mm。实验针对0.255 kg钢制小球进行滑动测试,FBG应力灵敏度均优于0.0206 nm/N,FBG中心波长偏移量可以准确确定物体所在区域位置和物体运动方向。传感模块能够实时监测物体运动状态,智能调整物体施力大小及位姿。结果显示,该滑觉感知系统的平面定位精度、运动角度与速度换算均符合设计要求。并且根据模型函数关系可知,在调整传感网络中 FBG总量时可以实现对位置、角度及速度精度的控制。综上所述,该系统具有对检测区域内目标位置、运动状态实时监测的能力,适用于柔性智能装配、智能仿生皮肤等技术领域。     

分布式光纤温度传感系统测温精度的提高

设计了高精度分布式光纤传感测温系统,通过理论分析与数值仿真对影响系统的关键参数进行研究,针对不同定标精度选取特定参数值,将测温范围提高至30℃~160℃,测温精度提高0.02℃。     

基于种子光特性优化的光纤放大器理论分析

种子光特性直接影响放大脉冲的特性,为获得高质量放大脉冲输出,文章对基于SESAM被动锁模光纤放大器中种子光的特性进行优化模拟。理论分析了锁模光纤激光器的单模光纤长度、增益光纤长度、滤波器带宽以及输出耦合比的变化对种子光特性的影响,以及种子光携带的啁啾对放大脉冲的影响。综合色散和非线性效应等对种子光的影响,得到各项参数的最优值,并进行两级放大模拟,最终获得脉冲宽度为1353 ps、光谱宽度为115nm、平均功率为61W的高质量放大脉冲。     

基于Vernier效应的光纤温度传感特性研究

近年来研究者借鉴游标卡尺和气压计中的游标(V ernier)结构,在多波长光纤激光传感器中使用双 干涉仪级联的方式产生Vernier效应,用来提升传感器的灵敏度。本文通过仿真与实验测试 ,对光纤Sagnac 干涉仪(FSI)和光纤法布里-佩罗干涉仪(FFPI)级联产生的Vernier效应进行了研究,设计 了两种不同结构 的温度传感器,研究了级联结构对传感器温度灵敏度的影响并进行了实验测试。结果表明, 温度灵敏度从 －1.7 nm/℃(FSI温度传感灵敏度)和0.008 nm/℃(FPI温度传感灵 敏度)分别提高到10.28 nm/℃和10.64 nm/℃ , 基于Vernier效应,温度传感器的灵敏度提升超过6倍,实验结果与理论分析基本一致(10.82 nm/℃)。     

基于光纤传感网络的智能检测校正系统

为了实现产品安装的智能控制及自适应,提出了一种基于光纤传感网络的智能检测校正系统.利用光纤传感网络重建工装的应力场分布,计算波长偏移量与位置偏移量的函数关系,量化传感网络与位置校正数据的对应关系,最终为自动安装系统提供智能检测校正参数.实验采用常见的插入式安装结构,对0～200 N范围的应力变化进行了测试与分析.实验表...     

Distributed optical fiber vibration sensing system based on polarization detection

A novel distributed optical fiber vibration sensing system based on polarization detection is proposed and demonstrated. A Faraday rotator mirror is employed at the end of the system, which eliminates the slow polarization variation of signal light and only responses to rapid polarization change caused by external vibration interference. Based on the sensing signal characteristics, the location of polarization disturbance point can be detected accurately. Experiments on polarization controller simulation and actual vibration detection show that a higher localization accuracy better than 1% is successfully obtained in 13.8 km, 21.2 km and 35.8 km sensing fibers systems.     

Distributed optical fiber perturbation sensing system based on Mach-Zehnder interferometer

A novel distributed optical fiber vibration-sensing system based on Mach-Zehnder interferometer has been designed and experimentally demonstrated. Firstly, the principle of Mach-Zehnder optical path interferometer technique is clarified. The output of the Mach-Zehnder interferometer is proportional to the phase shift induced by the perturbation. Secondly, the system consists of the laser diode (LD) as the light source, fiber, Mach-Zehnder optical interferometers as the sensing units, a 1×N star fiber-optic coupler, an N×1 fiber-optic coupler, a photodiode (PD) detector, and a computer used in signal processing. The entire monitoring region of this system is divided into several small zones, and each small monitoring zone is independent from each other. All of the small monitoring zones have their own sensing unit, which is defined by Mach-Zehnder optical interferometer. A series of sensing units are connected by the star fiber-optic couplers to form a whole sensing net. Thirdly, signal-processing techniques are subsequently used to calculate the phase shift to estimate whether intruders appear. The sensing system is able to locate the vibration signal simultaneously, includ-ing multiple vibrations at different positions, by employing the time-division multiplexed (TDM) technique. Finally, the operation performance of the proposed system is tested in the experiment lab with the conditions as follows: the number of the sensing units is 3, the length of the sensing fiber is 50 m, and the wavelength of the light diode is 1550nm. Based on these investigations, the fiber surrounding alert system is achieved. We have experimen-tally demonstrated that the sensing system can measure both the frequency and position of the vibration in real time, with a spatial positional resolution better than 50 m in an area of 1 km2.