基于菲涅耳反射的准分布折射率传感器研究

介绍了一种基于时分复用光纤传感技术的准分布折射率传感器。通过测量光纤端面的菲涅耳反射信号的强度,实现对待测溶液折射率的分布检测。在多个测量点之间采用不同长度的延迟光纤,利用不同传感位置处的菲涅耳反射信号回到测量端的时间差来实现距离可分辨的多点测量。实验结果表明该传感器的测量距离达16 km,测得折射率范围为1.3486~1.4525,对应的灵敏度范围为38.785~305.430 dB/RIU(RIU为折射率单元)。     

基于双光栅级联结构的温度及浓度传感特性测试

研究了长周期光纤光栅（LPFG）级联布拉格光纤光栅（FBG）结构的温度及浓度传感特性。利用飞秒激光直写制作LPFG并级联FBG,且FBG波谷位于1 551.9 nm,LPFG波谷位置为1 560.5 nm。在30~50℃温度变化范围内对传感器温度特性进行测试,并在25℃超净环境下对浓度为3%~30%的葡萄糖溶液进行敏感性测试。实验结果表明:升温过程FBG中心波长发生红移,灵敏度26.36 pm/℃,线性度0.950 8;LPFG中心波长发生蓝移,灵敏度-24.55 pm/℃,线性度0.914 2。降温过程FBG中心波长发生蓝移,灵敏度25.00 pm/℃,线性度0.945 8;LPFG中心波长发生红移,灵敏度为-21.82 pm/℃,线性度0.921 2。FBG对浓度变化不敏感,当浓度由3%增至30%时,LPFG中心波长发生蓝移,灵敏度196.36 pm,线性度0.956 5。结果表明该光纤传感器灵敏度高,线性度好,可以同时动态实现温度和浓度的测量。     

一种高频双FBG加速度传感器及其解调方法

为了适应光纤传感器在高转速机械设备安全监测 中的应用,设计了一种双光纤布拉格光栅(FBG)对称式 的高频光纤光栅加速度传感器,并提出一种新的匹配FBG解调方法。阐述了传感器 的结构和工作原理,利用有限元方法分析了传感器的静态与动态特性,并通过实验对传感 器的灵敏度、幅频响应特性和横向 抗干扰能力等方面进行了测试。提出了基于比值法的匹配光纤光栅解调原理,消除了光源不 稳定 等因素对检测精度的影响。实验结果表明,本文传感器谐振频率为900Hz,灵敏度为88mV/g,加速度测量 范围大于80m/s²,横向 灵敏度系数小于10%,并具备较好的抗干扰能力。     

新颖的光纤光栅温度压力同时区分测量传感器

提出了一种基于圆柱形容器和活塞结合的双光纤Bragg光栅(FBG)温度和压力同时区分测量的传感模型.将FBG 1和FBG 2粘结在基底材料上,基底材料固定在活塞和圆柱形底部间,圆柱形容器内压力和温度的变化将引起FBG 1波长的变化,圆柱形容器内温度的变化引起FBG 2波长的变化,通过2根光栅的波长漂移来进行温度和压力的区分测量.实验测得该传感器的压力响应灵敏度系数为0.822 3 nm/MPa,温度响应灵敏度系数为0.032 2 nm/℃,分别是裸FBG的274倍和3.2倍.该传感器可以实现10 MPa压力以下、-20～100 ℃温度的液体和气体的高精度同时测量;可以改变基底材料的种类或基底材料和活塞的参数,实现不同灵敏度要求的温度、压力同时测量.     

一种基于新型双轴圆弧铰链的二维FBG加速度传感器

为了实现大跨度桥梁中拉索构件的二维(two-dimensional, 2D)振动信号高精度测量,本文设计并研究了一种小型化的新型2D光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating, FBG)加速度传感器,以解决现有FBG加速度传感器体积与质量较大的问题。所设计的FBG加速度传感器主要由含有质量块的双轴圆弧铰链、4个固定支架,以及刻有4段阵列FBG的光纤组成。通过建立FBG加速度传感器的动力学普遍方程,得到灵敏度与固有频率的理论数值,另外辅以Abaqus软件对其进行有限元仿真以验证理论推导的结果。实验测试数据表明,FBG加速度传感器的固有频率约为500 Hz,双FBG的布置使其灵敏度可以达到595.2 pm/g,此外对称推挽的圆弧铰链设计还具有优异的横向抗干扰和温度自补偿性能。最后以某中承式钢管混凝土拱桥为实际工程案例,使用所设计的2D FBG加速度传感器实现了吊索索力的有效测量。     

提高强度型光纤溶液浓度传感器灵敏度方法的研究

介绍一种利用光纤准直器作扩束耦合光学系统,采用低频光调制方式测量溶液浓度的光纤传感器。从菲涅耳反射公式出发推导了浓度计算的理论公式,并提出了提高测量灵敏度的方法,对食盐溶液进行了实验测定,其测量误差小于3％,实验结果表明：该光纤传感器用于测量溶液的浓度在灵敏度、精度方面都有较大的改善,并可在线连续测量或控制溶液的浓度。     

同时测量多参数FBG传感器的应用与研究

提出一种基于FBG(Fiber Bragg Grating)光纤光栅传感器来实现温度、压力和加速度多参数同时测量的系统设计。采用在等强度悬臂梁上、下两表面对称放置两个FBG传感器,解决了加速度,温度和压力的相互影响问题;同时借镀层技术提高了FBG传感器的灵敏度。实验表明,三个参数能被精确、同时和实时测量,并且FBG传感器的灵敏度也提高了5~10倍。     

基于结构化FBG传感阵列的温度及折射率测量研究

基于模式耦合理论,使用结构化光纤Bragg光栅(FBG)对蔗糖溶液温度和介质折射率进行测量,解决了外部介质折射率参数对温度测量的交叉影响。同时采用FBG传感矩阵进行分布式测量,可实现对非均匀溶液的温度和折射率测量。采用结构化FBG传感阵列的方式,实现了具有温度补偿功能的介质折射率分布式测量方案。温度测量灵敏度达到8.5pm/℃,介质折射率测量灵敏度达到5.42nm/riu。因此,采用结构化FBG传感矩阵对于解决化学生物传感器的多参数交叉影响和实现分布式测量具有一定意义。     

基于菲涅耳反射的准分布式光纤温度传感器

基于菲涅耳反射原理和光时域反射(OTDR)技术,提出了一种新型的、结构简单的准分布式光纤温度传感器.传感器由两个端面抛光的光纤对接构成,并在两端面间隙中填充温敏材料.传感器周围温度变化改变温敏材料的折射率,从而引起菲涅耳反射强度的变化.将三个传感头串联,利用OTDR探测各传感器菲涅耳反射的微弱变化实现温度传感和传感器定位.在-30～80℃范围内,随着温度升高,该系统各个传感头的菲涅耳反射强度单调增大,且温度传感特性具有良好的重复性,同时具有极低的附加损耗.     

基于FBG的铅酸蓄电池铅离子浓度检测传感器研究

根据光纤Bragg光栅(FBG)折射率的传感原理,将电解液的折射率变化与电解液浓度测量联系起来,而电解液浓度变化主要由铅离子的变化引起,通过测量铅酸蓄电池内电解液的浓度就可测得铅离子浓度的变化.本文采用腐蚀FBG方法制作单端光栅折射率铅离子浓度传感器,用于测量铅酸蓄电池中铅离子浓度变化.实验表明:该传感器输出的信号与电池内铅离子浓度的变化存在一定的函数关系,与理论分析一致.从而证明单端腐蚀光纤Bragg光栅(FBG)是测量铅酸蓄电池内铅离子浓度的有效方法.