干涉型光纤传感器偏振衰落动态补偿技术

为了消除单模光纤制作的光纤传感器常会因外部环境扰动而引起相位衰落和偏振衰落,通过改进传统的马赫-泽德干涉仪,利用高频振荡的PZT结合相位生成载波零差解调电路用来补偿相位衰落,引入一个可随干涉信号的幅值变化旋转的半波片来调整输出的干涉信号,据此可实现偏振衰落的动态补偿.通过理论分析可以得出由偏振衰落造成的信号幅度波动不大于3dB.     

偏振态调制的偏振无关的干涉型光纤传感器

针对低双折射光纤双束干涉型传感器两壁偏振态随机变化引起的信号衰落,提出了一种新型干涉型光纤传感器的消偏振衰落方案。通过在光纤干涉仪的任何一臂加对光波偏振态适当的高频调制,在输出端高频滤波后,可以消除仪两壁偏振态的随机变化的影响,获得干涉信号可见度为0.707的稳定输出,从而实现干涉型光纤传感器的消偏振衰落。     

双光束干涉型光纤传感器抗偏振消衰落技术

对干涉型光纤传感器中光波偏振态的随机变化导致待检测信号衰落的原理进行了理论分析,系统地总结了目前国内外关于双光束干涉型光纤传感器抗偏振消衰落措施的最新研究成果。     

保偏光纤起偏器检测系统

本文介绍保偏光纤起偏器检测系统的原理，阐述了系统结构及关键技术问题的解决，给出了部分测试结果。     

非保偏光纤环形激光器输出激光偏振状态分析

利用琼斯矩阵理论，建立了非保偏光纤光栅环形激光器偏振特性的简化分析模型。通过实验验证，利用此模型的分析结果与实验结果是一致的。分析表明，采用非保偏光纤制成的激光器,能够得到较稳的功率输出，但偏振态紊乱；而简单地加入起偏器会使激光器的输出功率稳定性发生恶化，而且偏振特性也得不到改善。而要利用非保偏光纤实现单偏振输出，必须对激光器采取特殊的偏振控制措施。     

磨抛型保偏光纤偏振器特性研究

采用保偏光纤(PMF)定轴技术,将光纤粘贴在刻有双弧线槽的玻璃基片上,将其用研磨机研磨,使光纤呈D形,再在其上镀膜,得到最小封装尺寸为1.0 mm×25 mm、消光比为38 dB的高性能磨抛型PMF偏振器。建立了器件损耗、消光比测试系统以及温度特性实时测量系统。小批量生产的该磨抛型PMF偏振器实现了损耗小于0.5 dB的要求,消光比在30 dB以上,在-40 ℃~+60 ℃温度范围性能保持稳定。     

基于马赫-曾德尔原理光纤传感器偏振态的研究

基于马赫-曾德尔原理的光纤传感器广泛应用于管道的实时监测中,分析了此类光纤传感器的输出功率随入射光偏振态及光波在长距离光纤传输中偏振态变化的影响。通过Matlab仿真研究了分布式光纤传感系统的偏振衰落,论证了光波传输中的偏振衰落现象对输出条纹的可见度产生了很大的影响。提出了一种利用动态的偏振控制系统对光波偏振态进行控制从而减少偏振衰落的方法,并且展望了改进后的分布式光纤传感器在工业管道的探测领域中具有相当广阔的前景。     

芯轴式干涉型保偏光纤加速度传感器研究

传感器采用全保偏光纤系统消除偏振态的影响,采用光频调制相位载波(PGC)解调信号处理技术消除干涉仪初始相位差变化带来的影响,同时实现探测单元的全光化,适于远距离的探测和传输。实验测得在5～200Hz频段内,传感器灵敏度达到350rad/g,与理论分析基本一致;最小可测相位为10-5rad,最小可测加速度为2.8×10-7m/s2。     

一种基于套嵌光纤光栅的高灵敏度光纤电流传感器

提出了一种基于套嵌光纤光栅的光纤电流传感器,该传感器使用了二次曝光法制作的长周期光栅结构和布拉格光栅结构套嵌的光纤光栅作为传感元件,通过直接在光栅表面制作镍铁合金作为加热电极层,当电流通过时对光栅区域加热引起光栅光谱中心波长漂移,实现了高灵敏度的电流测量。实验结果表明,这种光纤电流传感器的电流响应灵敏度达到7.2×10-2nm/mA,且具有结构简单、体积小等优点,在高灵敏度的光纤电流检测领域具有广泛应用价值。     

基于保偏光纤模式干涉的应变传感器研究

为了进一步了解模式干涉光纤传感器的原理,并相应提高应变传感器的性能,提出一种基于保偏光纤(PMF)的模式干涉应变传感器。在两根单模光纤(SMF)之间,腰椎放大熔接一根长30mm的PMF,构成全光纤模式干涉传感器。应变的变化将会引起光纤的纤芯模与包层模相位差的变化,从而导致干涉光谱的变化。在应变范围为0～3 605με,通过光谱仪(OSA)检测宽带光源经光纤传感器后的透射光谱。采用最小二乘法对光强强度和应变进行线性拟合,发现光强减小的趋势与应变的变化有很高的线性关系,并测得应变的灵敏度可达到0.004dB/με,对应的分辨率为2.5με。本文传感器制造简单、费用较低和结构稳固,并且具有很高的分辨率,因此适用于实际测量。     

基于马赫-曾德尔干涉仪的保偏光纤温度传感器研究

根据马赫-曾德尔干涉仪(MZI)原理在两根标准 单模光纤(SMF)中间熔接一段保偏光纤(PMF),通过电弧 放电和熔接推挤形成凹-凸型锥,构成温度光纤传感器。利用PMF的包层模、纤芯模对温度 的灵敏度差异,通 过检测透射光谱中不同干涉谷的波长和强度变化,实现对温度的测量。实验表明,在25~70℃的范围内, 当PMF的长为30mm时,在1533.68nm和1560.92nm时的干涉谷对应的波长灵敏度为0.029 nm/℃和0.040nm/℃,对应的强度灵敏度为0.12dB/℃和0.097dB/℃;当PMF的长度为 40mm时,在1540.54nm和1568.64nm时的干涉谷对 应的波长灵敏度为0.083 nm/℃和0.099nm/℃,强度 灵敏度为0.152 dB/℃和－0.211dB/℃。根据 光谱仪0.01nm和0.01dB的分辨率,对应的波 长和强度分辨率分别为0.100 ℃和0.047℃。     

曲率光纤传感器的智能夹层系统研究

根据光纤自诊断系统模块化、集成化要求,将曲率光纤传感器以环形布置在PE膜的对称两面,研制了一种智能夹层系统,它可以同时测量结构的曲率和扭转。提出了智能夹层系统的标定方法。对埋有光纤智能夹层的玻璃纤维增强树脂基复合材料试件在CMT6305型电子万能试验机上进行了轴向拉伸、压缩试验和三点式弯曲性能试验,结果表明,智能夹层的埋入对智能结构力学性能有一定的影响,但影响不大。将光纤智能夹层埋入复合材料内部进行了结构曲率测试,在埋入过程中,光纤传感器的完好率达100%。与埋入前的标定结果相比,智能夹层在埋入后的曲率测量最大偏差为5.2%,说明光纤智能夹层可以在埋入复合材料之前进行标定。     

光纤干涉系统光学湍流测量原理及其偏振噪声问题的分析

光纤干涉仪具有测量精度高、探测灵敏度大等优点,可用于直接测量大气湍流折射率起伏.首先简要介绍了光纤Mach-Zehnder干涉仪的光学湍流测量原理,描述了低双折射单模光纤中光束偏振态变化诱导的偏振信号衰落现象,并通过偏振态的邦加球分析和详细的公式推导,得出了干涉仪可见度和相移噪声的关系式.结果表明:控制输入光偏振态与干涉仪本征向量之间的夹角在零度左右,可有效地抑制偏振噪声,最后给出了偏振控制器实现偏振控制的原理,为构建稳定的光学湍流测量光纤干涉系统提供了科学依据.     

熔锥型保偏光纤耦合器分光比的依赖性研究

基于耦合模理论,推导了熔锥型保偏光纤耦合器快慢轴耦合系数的关系式。通过对标准3 dB保偏光纤耦合器的偏振依赖性、波长依赖性、温度依赖性、双折射依赖性所引起的分光比变化的分析,得出了不同依赖因素对标准3 dB耦合器分光比稳定性影响程度的大小。分析结果表明,保偏光纤耦合器的双折射依赖性十分显著;波长依赖性和温度依赖性其次;在一定的工艺条件下,偏振依赖性可以忽略。另外,耦合器的固有双折射越大,分光比波动越大。所得结论对制作熔锥型保偏光纤耦合器的光纤选择、拉制工艺、封装工艺的优化和改进有重要意义。     

基于微纳光纤模式干涉仪和石墨烯薄膜的氨气传感器

将单锥微纳光纤模式干涉仪和石墨烯相结合,实现了一种高灵敏度的光纤式氨气传感器,其利用石墨烯的特异性吸附效应及微纳光纤结构的高灵敏度传感特性,通过检测干涉光谱的漂移量实现了对氨气浓度微弱变化的检测.对不同组传感器进行了对比分析,结果表明当光纤直径为3.4μm时最大检测灵敏度为10.8 pm/ppm,与文献中采用其它光纤结构所报道的结果相比几乎提高了一倍.该传感器具有结构简单、易于实现及灵敏度高等优点,在危害气体浓度报警和人体健康检测等领域有潜在的应用前景.     

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.     

基于膜片的光纤布拉格光栅压力传感器的研究

理论分析了光纤布拉格光栅的压力传感特性,给出了光纤布拉格光栅的中心波长与压力的关系以及压力灵敏度系数的表达式,并将光纤布拉格光栅纵向粘贴在自行设计型号为ZXYC01的平面膜片上进行了压力实验.实验结果表明光纤布拉格光栅压力灵敏度系数46 pm/MPa左右,其测量精度为0.5%F.S,而理论的压力灵敏度系数为51 pm/MPa左右,实验值和理论值基本相符,它们分别是裸光纤布拉格光栅压力灵敏度系数的23和26倍.同时发现光纤布拉格光栅的中心波长与压力变化有着良好的线性关系和很高的相关系数并且迟滞现象较小.