光纤电流传感器的实验系统与性能

光纤电流传感器是把光纤缠绕在导线周围,光纤既是信息的传输元件又是信息的敏感元件,因此这种传感器的地面设备以外的部份就只是整根的光纤,这不但解决了绝缘问题,且具有抗电磁干扰、灵敏度高、测量动态范围大的优点,具有广泛的应用前景.二、基本关系式因光纤材料的Faraday效应,在长直导线上绕有N圈光纤时,其偏振光的旋转角度θ为:θ=VNI(1)式中V是Verdet常数.图1为实验系统简图.从波长为632.8nm的He-Ne激光器发出的激光束经     

磁扭转微镜光学电流互感器设计

设计了一种复合结构磁扭转微镜光学电流互感器 (OCT),采用光强度归一化数据处理技术, 消除了强度型OCT受环境变化和光源波动等的影响,得到了线性度很好的传感器 响应曲线。通过 耦合效率与微镜扭转角度仿真曲线,获得准直器端面与微镜的距离的合适值。检测电路采用 双光纤准直器光检测技术,实现电流-光强度的传感检测。接收光信号处理后,对 50Hz交变 电流的测试实验结果表明,在5～50A电流范围内,当光源光强度下 降3dB和光纤衰减器 变化3dB的情况下,传感器输出信号响应灵敏度均保持为0.034/A, 并且基本不随被测电 流变化影响,输出响应非线性误差小于±1%,获得良好的输出线性响应曲线。     

双通道光纤气压传感器系统设计

介绍了一种新型双通道光纤气压测量系统的原理和结构组成.该系统由双通道光纤位移传感器和高精度金属膜盒组成,用光纤位移传感器检测气压变化引起的膜盒自由表面的位移.气压测量系统的输出特性参数与系统光源的光强无关,只取决于系统气压传感部件的结构参数.系统的信号处理电路包括光信号前置放大电路、窄带滤波电路、真有效值转换电路以及A/D转换和单片机电路.根据实验测定的系统输出特性,该系统的测量精度达到±0.1 hPa,分辨率小于0.2 hPa.     

一种全光纤电流传感器温度补偿方法

为了解决传感光纤的弯曲、扭转以及外界工作环境的变化导致全光纤电流传感器测量精度降低的问题,提出了一种基于输出椭圆偏振光长轴斜率的全光纤电流传感器温度补偿方法。论证了椭圆偏振光长轴斜率能够反应输出椭圆偏振光的光椭率的大小,利用TMS320F28335和对应算法求出斜率,实验中使用输出椭圆偏振光长轴斜率对传感器进行修正并进行了实际测量。结果表明,基于该修正方法的测量系统,实现了在单次变温条件20℃~60℃内变化时测量结果偏差满足0.2s。这一结果对全光纤实用化研究是有帮助的。     

A study on the development of transmission-type extrinsicFabry-Perot interferometric optical fiber sensor

The conventional reflection-type extrinsic Fabry-Perot interferometric (EFPI) optical fiber sensor has good sensitivity and resolution compared with other types of optical fiber sensors. However, they have the disadvantage that the distinction of strain direction of EFPI is difficult because of measurement method by only fringe counting. This paper presents the newly developed transmission-type EFPI (TEFPI) optical fiber sensor, which has been improved by additional functions, and whose measuring system differs from that of the reflection-type EFPI optical fiber sensors using a single-mode fiber (SMF) and multimode (MMF) fibers as light guides and reflectors, respectively. The output signal of the TEFPI optical fiber sensor was analyzed with the uniform plane wave-based model, the SMF power distribution-based model and the splice loss-based model; the analyzed signals were then verified experimentally. Based on the results of analysis, the TEFPI optical fiber sensor was fabricated using two single-mode fibers connected to the light source and optical receiver; this was then used in strain measurement. The strain measured by the TEFPI optical fiber sensor was compared with that measured by the electric strain gauge     

微弯型光纤传感器光源光强的新的稳定方法

本文详细报导了该装置的原理，内容和测量结果，并指出进一步研究方向。     

光纤传感技术在物联网中的应用

物联网是当前的一个研究热点,而光纤传感技术在物联网中的应用已经引起了广泛关注。物联网的技术构成有4个层次,分别是用户与应用接口、数据处理技术、数据传输网络、传感网络。在物联网中要用到各种各样大量的传感器。传感器可用于感知各种各样的环境参数,如温度、重力、光电、声音、位移、振动等,为物联网提供最原始的数据信息。对光纤传感器的结构、分类以及其在物联网中的应用实例进行介绍,如光纤陀螺,光纤水听器、光纤光栅传感器、光纤电流传感器。最后介绍了基于布里渊效应的连续分布式光纤传感技术在物联网中的前沿应用。     

分布式光纤温度传感器信号处理系统的研究

信号处理系统是分布式光纤温度传感器的重要组成部分，它的研究和设计对降低探测器和放大器的输出噪声，提高传感器的时间分辨率和温度分辨率有重要的意义。本文从提高时间分辨率的角度介绍了传感器对信号处理系统的要求，提出并行取样积分器方案及其所能达到的时间分辨率；介绍了由此而建立的信号处理系统。     

分布式光纤温度传感器的温度测量与信号处理方法及实现

分布式光纤温度传感器利用一根光纤为温度信息的传感和传导介质，可以测量沿光纤长度上的温度变化。这种传感器的信号处理是将探测器输出信号尽可能地去除噪声和干扰，得到准确快速的温度显示和温度数据，这在解决大型重要结构的实时监控、准确测量等问题以及在组成智能材料结构方面具有重要价值和应用潜力。文章对基于反斯托克斯／斯托克斯比值的分布光纤温度传感器的温度测量方法和信号处理方法进行了全面而深入的研究，据此建立了传感器的信号处理系统。     

Novel Fiber Optic Temperature Sensor with Full Compensation Based on Optical Absorption

A novel system configuration of fiber optic sensor based on optical absorption is proposed.Several compensation measures are discussed. A simulated experiment is designed and the output curve of system is given.The experimental result shows that these compensation measures are effective on dynamic disturbances which are caused by background light and optical fiber bend,In addition,the drifts in the light source intensity , fiber losses,and photodetector efficiency are aslo compensated.     

两类典型光纤型SPR传感器的理论模型比较

针对基于SPR效应的两类典型光纤型传感器:传统型包层腐蚀的镀金属多模光纤传感器、新型镀金属单模光纤光栅传感器,指出其不同的SPR模型处理方法及传感特性。首先,根据传统型SPR光纤传感器的结构特点,利用平板SPR理论给出反射谱特性,同时指出并证明薄膜光学理论在平板SPR结构中与平板SPR理论的等价性。其次,针对新型SPR光纤光栅传感器结构特点,依据模式耦合思想,结合SPW模式特征,提出了光纤光栅SPR结构的理论处理方法,得到了镀金膜三包层LPFG结构的透射谱。最后,对基于SPR效应的两类典型光纤型传感器的传感特性进行了比较分析,结果表明,两类传感器对环境折射率均具有较高的分辨率,但新型光纤光栅SPR传感器的分辨率高出传统SPR光纤传感器3个数量级。     

Holographic matched filter for full-field in-line signal processingof optical-fiber sensor outputs

A holographic matched filter is used to measure the changes in the output of a dual-mode fiber undergoing axial strain. The hologram is formed by interfering collimated light from a single-mode reference fiber and an unstrained dual-mode sensor fiber on a small piece of holographic material. When the hologram is illuminated by the strained sensor fiber, the cross-correlation field comparing the dual-mode output and its previous state, as recorded in the hologram, is collected, focused into a pick-up fiber, and sent to a photodiode. This arrangement allows for a compact, in-line method for full-field processing of the strain-induced changes in phase and amplitude in the sensor fiber. Other uses of such fiber-based correlators are suggested     

高温下紫外光能量在线检测方法与设计

目前市场上紫外光能量检测中存在辐射大、温度高、测量不便等问题。设计一种针对高温下通过光纤进行导光的紫外光能量在线检测方案。该方案将紫外光通过光纤传输至光电传感器进行光电转换处理,避免传感器高温下工作,并采用双传感器进行环境光滤除提高精度,进而采用高精度AD芯片将信号模拟量转换成数字量传输至主控制器STM32F103,经数据处理计算出相应的能量值和温度等参数,通过RS485总线传输方式进行数据传输至上位机进而实现实时监测。实验表明:整个系统运行稳定、耐高温、能够在线实时检测并分析紫外光能量变化,可广泛应用于工业自动化紫光检测领域。     

分布式以及准分布式光纤传感器研究进展

针对光纤传感器的现状,简单介绍了分布式以及准分布式光纤传感器的特点、优势及应用领域,在此基础上列举了国内外在单参数与多参数技术要求下的最新研究成果,并对单参数分布式光纤传感器和多参数准分布式光纤传感器在改善光源、光纤结构及解调技术方面的研究进行了对比分析,最后对其未来发展趋势进行了展望.     

基于谐波检测原理的双气室气体传感器研究

基于气体的近红外吸收机理,研究了一种双气室光纤气体传感系统。通过光纤光栅和压电陶瓷对宽带光源LED进行波长调制,获得与气体吸收峰对应的窄带反射出射光。利用谐波检测原理,检测测量气室和参考气室的二次谐波信号,以它们的比值作为系统输出,消除了吸收系数随环境的变化、光源光功率的波动和光路干扰对测量精度的影响。利用波分复用技术实现了多种气体的高精度测量,甲烷气体测量的实验结果表明该系统的测量灵敏度可以达到1×10-5。     

用于消除振动影响的光纤电流传感器结构

与传统电磁式电流互感器相比，基于法拉第效应的光纤电流传感器有许多明显的优点，因而获得了广泛的研究。光纤的固有双折射是影响传感器精度的主要原因，如何消除双折射也是研究的关键问题。这种双折射不仅与光纤本身的性能有关。还与工作时的环境温度、振动等因素有关。当传感头受到强烈振动时，所产生的机械应力将使传感光纤的固有双折射发生变化．影响输出光的偏振态．使传感器精度下降。提出了一种对称型的传感器结构．采用两套相同的光源及探测器．使传感光纤中形成传播方向相反的两束光．利用应力双折射的互易性补偿振动影响。实验表明．该结构可使传感器性能得到明显的改善．在10g的振动强度下．测量结果的线性度达到了二0．3％以下。     

基于腔衰荡光谱技术的三参量同时测量光纤微腔传感器

提出并实现了一种基于腔衰荡光谱(CRDS)技术的三参量同时测量的光纤微腔传感器。利用高频CO2激光脉冲技术在1 060nm单模光纤(SMF)上直接刻蚀光学微腔,并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对温度、折射率和应变3个不同参数的同时传感测量。整个传感器系统采用光时分复用(OTDM)技术,3个带有光纤微腔传感单元的光纤衰荡腔并联连接,共用一个光源和探测器,在3路光纤环中引入不同的相位调制项,使其输出的衰荡信号在时域上有效的分开,从而达到三参量传感的目的。传感器结构合理,可操作性强,后期数据处理工作简单易行,实验结果重复性良好。在此基础之上,可以将此传感器结构推广到四参量,甚至更多参量的传感器系统中。     

基于开放式气室的光纤气体传感器的信号分析

根据信号处理理论,分析了开放式光纤气体传感器吸收池的光信号输出特性,提出了设计吸收池的判据,即腔片上复合光束相邻两光斑不重叠时,其输出特性与White型吸收池等效.在信号处理系统中,采用窄带滤波和相敏检波技术,使传感器的输出特性参数的对数值与待测气体浓度成正比.因此,可按Lambert定律对传感器定标.     

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。     

Curvature optical fiber sensor by using bend enhanced method

Deflection curvature measurement can offer a number of advantages compared with the well-established strain measurement alternative. It is able to measure thin structure; fiber has no resistance with force, which leads to a high precision. There are many kinds of curvature gauges with different operation principles. A low-cost curvature optical fiber sensor using bend enhanced method to improve its curvature measurement sensitivity was devel-oped in recent years. This sensor can distinguish between convex bending and concave bending and has a good linearity in measuring large curvature deformation. Whisper gallery ray theory and Monte Carlo simulation are new achievements by computer experiment. The operation mechanism of this curvature optical fiber sensor is presented based on light scattering theory. The attenuation is ascribed to the transmission mode changing by the curvature of the fiber, which affects the attenuation of the surface scattering. The mathematical model of relationship among light loss, bending curvature, surface roughness, and parameters of the fiber's configuration is also presented. We design different kinds of shapes of sensitive zones; each zone has different parameters. Through detecting their output optical attenuations in different curvatures and fitting the results by exponential decaying functions, the proposed model is demonstrated by experimental results. Also, we compare the experi-mental results with the theoretical analysis and discuss the sensitivity dependence on bending direction.