高掺锗紫外光敏光纤的研究

由于紫外光纤光栅的快速发展和广泛应用,迫切需要一种具有高紫外光敏性的特种光纤,使之更容易、更快速地在光纤拉丝时在线写入紫外光栅,研究发现高掺锗光纤能较好地满足其要求。通过采用ＭＣＶＤ光纤生产工艺研制出了纤芯折射率达４％ 的光纤,并用它成功的写出了紫外光纤光栅     

双光栅π相位差温度不敏感加速度传感技术研究

提出了一种基于π相位温度不敏感的双光纤布拉格光栅加速度传感技术,并设计了双光栅加速度传感器,对该传感器的温度特性和加速度对中心波长的响应进行了研究。给出了该传感器的结构及封装方法。从理论上分析了基于π相位温度不敏感的双光纤布拉格光栅加速度传感原理,分析了温度和加速度对波长的响应关系,推导了该光栅加速度传感器的响应灵敏度的解析表达式。通过实验分析双光栅的加速度响应和平坦区。实验结果表明,在温度比较宽的范围内,可实现温度不敏感加速度的准确测量,加速度响应灵敏度为15.52 pm/(m.s-2),实验值与理论值的相对误差为3.06%,加速度与波长具有较好的线性关系,线性度为99.8%,在小于共振频率的低频段具有较好的平坦区。表明该双光纤布拉格光栅加速度传感器具有温度不敏感特性,能实现低频加速度的准确测量。     

光纤布里渊与布喇格光栅共线技术的温度互补偿

为了解决实际工程应用中光纤光栅和分布式布里渊共线技术测试应变的绝对温度补偿方法成本较高、不易布设等问题,采用光纤布里渊和布喇格光栅共线技术应变感知的温度互补偿方法,通过感知探头——双光纤光栅-纤维增强复合智能筋的室内和户外温度补偿试验探讨了该方法的有效性和适用性。结果表明,该方法可以实现光纤布里渊和光纤光栅的准分布式温度互补偿,误差低于8%,在工程接受范围内。此外,该技术还能同时给出应变和温度双参量测试结果,简化了传感系统,降低了布设成本,适合实际工程应用。     

消除温度对应变测量的影响

提出了用光纤布喇格光栅( FBG)传感器测量光纤有效弹光系数的方法。利用光纤布 喇格光栅的性质,建立了一个可以有效地解决温度与应变对光栅存在交叉敏感的问题实验系统。实验结果表明,该系统能有效地测出了光纤的有效弹光系数,而且测量误差小于1. 3%。     

自制宽带光源及其在光纤光栅制作中的应用

在光纤光栅制作过程中,宽带光源经常被应用于在线监测光纤光栅的反射率,以便适时有效地控制生成的光栅的透射率的高低程度.利用中心波长为971nm的半导体激光器抽运一段Yb+掺杂双包层光纤,制作出了一个宽带超荧光光源,该光源在最大功率输出时谱宽达到了75nm,并在1085nm附近10nm范围内荧光谱的输出功率高,有较好的光谱平坦性.还利用该宽带光源作为光纤光栅制作的监控光源,制作出了单模和多模光纤布喇格光栅,取得了令人满意的实验结果.结果表明,该宽带光源完全可以适应监控光纤光栅制作的需要.     

用遗传算法从时延特性重构光纤光栅参数

提出了采用遗传算法(GA)结合传输矩阵法从需要的时延特性对光纤光栅进行参数重构的方法。该方法以时延为目标函数,由光纤光栅参数,包括光栅长度、折射率调制、光栅周期和光栅啁啾,组成种群中的待优化的个体,经过若干代遗传得到最优结果。用实值编码遗传算法实现了对均匀光纤光栅、啁啾光纤光栅和切趾啁啾光纤光栅参数的重构。数值仿真结果表明该方法对光纤光栅的时延特性参数重构十分有效。由斜率为100ps/nm,最大时延为300ps,中心波长为1555.2nm的理想线性时延特性重构出切趾啁啾光纤光栅的参数。此方法可以有效地从时延信息中提取光纤光栅参数,能够应用在利用光纤光栅时延特性的光控相控阵天线设计中。     

基于光纤光栅的机器人腕部多维力传感器

为实现机器人腕部等关节受力情况的测量,设计了一种十字型光纤光栅多维力传感器,该传感器由两个圆环及两环间呈90°分布的四个相同的等截面悬臂梁及粘贴于其上的光纤光栅组成.分析了传感器的传感原理并使用ANSYS对传感器进行力学仿真分析;研究了传感器不同部位受力时悬臂梁的应变情况;搭建了实验平台,进行了传感器的标定实验和温度补偿研究;通过对仿真数据和试验结果进行数学分析,得出了光纤光栅中心波长漂移量与传感器的受力关系.实验结果显示,该传感器能准确地测量腕部所受力的大小和位置,误差在1.6％以内,且抗干扰能力强,具有较好的稳定性,能在复杂环境中使用.     

基于匹配解调方法的光纤光栅振动检测技术与实验研究

介绍了光纤光栅振动检测原理及优点,建立了光纤光栅加速度振动检测的力学模型,分析岩土、结构、建筑行业低频微振动监测的单点光栅匹配解调方法,利用反卷积方法进行传感光栅中心波长的解调,并进行了模拟仿真和实验分析,通过对低频振动信号应用匹配光栅解调检测以及对信号频谱分析,得知该技术方法可行,能有效检测低频振动.     

基于双金属结构的光纤光栅温度不敏感滤波器

为提高光纤陀螺宽谱光源的平均波长稳定性,提出了一种用60μm超短光纤光栅制作带宽11.77 nm温度不敏感滤波器的方法。利用金属材料的热膨胀系数差,设计了双金属温度补偿结构,能够随温度的升高/降低对光纤光栅压缩/拉伸,有效地补偿光纤光栅由热光效应引起的波长变化。在30～60℃的温度范围内,光纤光栅的温度灵敏度系数为0.15 pm/℃,较未补偿前降低了60倍以上。该结构具有较好的温度不敏感性,可作为光源滤波器提高光源的平均波长稳定性并有望用于高精度光纤陀螺。     

用可调谐F-P滤波器实现分布式应变与温度同时测量系统

理论分析了FBG光纤光栅和长周期光纤光栅应变与温度同时测量的传感原理.在分析实现光纤光栅传感技术解调的基础上,重点研究了可调谐光纤F.P滤波器解调法.提出采用可调F-P滤波器实现分布式应变与温度同时测量系统的解调方案,较好地实现了多点应变与温度的同时测量.这种方法的测量精度较高,其中测量应变的灵敏度可以达到9με,测量应变的灵敏度为15℃.     

基于侧边抛磨与覆盖材料的光纤光栅温度补偿新方法

提出并演示验证了将负热光系数的聚合物材料覆盖在侧边抛磨光纤光栅的抛磨区实现光纤光栅温度补偿的新方法。实验结果表明,这种新方法的温度补偿效果良好,封装后的光纤光栅处在63～79℃的环境温度时,可使其温度敏感度降低为未补偿时的1/16;当处在58～101℃的环境温度时,其温度敏感度降低为未补偿时的1/4。温度补偿封装后的光纤光栅器件直径只有2mm,长度为20mm。     

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.     

健康监测系统中光纤传感器网络优化布置研究

针对健康监测系统中不合理的传感器布置将影响传感器数据采集的有效性,降低监测系统的精度,以基于光纤Bragg光栅(FBG)传感器网络的结构健康监测系统为研究对象,采用逐步积累法,对系统中传感器网络的优化排布方法进行了研究。首先采用Ansys力学仿真软件建立了试验件的有限元模型并进行了加载试验,然后采用仿真获得的数据对传感器排布位置进行了优化,最后按照仿真研究获得的传感器优化位置在试验件上进行了试验研究。结果表明,试验同仿真结果具有很好的一致性,相对于原始传感器网络的排布方案,在相同的系统监测精度下,优化后的传感器排布方案可以采用更少的传感器;如果采用相同数量的传感器,优化后的传感器排布方案可以获得更高的监测精度。     

均匀光纤光栅Chirp化及其用于色散补偿实验研究

对均匀光纤光栅进行了线性啁啾（Chirp）化处理,并将由此得到的Chirp光纤光栅用于常规的单模光纤通信系统进行色散补偿,给出了均匀光纤光栅Chirp化原理和实验结果及Chirp光纤光栅色散补偿原理和实验结果。     

基于LSPR的非贵金属纳米薄膜厚度的精确测量

纳米金属薄膜厚度的无损测量是薄膜设计和制备 的关键技术,对非贵金属薄膜厚度 的测量尤为困难。本文首次提出用中红外3.39 μm激光波长并设计棱 镜—匹配液—待测金属 薄膜—玻璃衬底结构来激发长程表面等离子波。计算了长程表面等离子波的衰减全反射和表 面等离子共振吸收峰的半宽度,结果表明长程表面等离子波半宽度只有表面等离波的4.7%, 可以有效提高测量的灵敏度。通过实验测量表明:衰减全反射吸收峰的最小值在10 nm厚 度范围内测量曲线显示了较好的线性,铁薄膜厚度的测量范围为10 －90 nm,测量分辨率可 达到1nm。研究发现通过改变匹配液厚度和折射率,还可以用来测量其它非贵金属薄膜厚度 ,大大拓展了该测量方法应用范围,为非贵金属薄膜厚度的测量提供了一种全新的技术检测 线路。     

提高光纤光栅传感器测量精度的研究

在实际应用中,光纤光栅传感器的测量精度受到噪声,成本等因素的制约。为了实现低成本的高精度光纤光栅传感器系统,提出了对光纤光栅反射谱采用自适应阈值小波消噪和B多节点样条拟合插值算法的处理技术,并通过实验和仿真得出自适应阈值小波消噪,有效提高了系统的信噪比,在相同采样精度下拟合插值处理前波长检测的误差为0.01nm,处理后误差为0.0017nm,误差降低了一个数量级。实验结果证明该方法不但可以有效降低噪声带来的读取误差,而且提高了测量Bragg波长漂移量的分辨率,从而实现高精度地测量温度、应变等外界参量。     

不同粘贴方式的光纤光栅压力传感器的研究

理论上分析了光纤光栅的压力传感特性,并采用纵向和横向方式将光纤光栅粘贴在自 行设计、型号为ZXYCO1的平膜片上,并进行了加压和减压的高压实验。实验结果表明:纵向粘贴的光纤光栅压力灵敏度系数比横向粘贴的高几倍,其值分别为87pm /MPa和14pm /MPa左右,其测量精度分别为0. 2% F. S和1% F. S;光纤光栅的中心波长与压力变化有着良好的线性关系、重复性和较高的相关系数,适合于压力测量。     

光纤光栅的电磁调谐

提出了一种光纤光栅电磁调谐的新方法.实验表明,此种调谐方法在0～85.5 mA电流范围内,光纤光栅波长移动达1.16 nm.该调谐系统具有结构简单、灵敏度高等优点.     

啁啾光栅解调的准分布式光纤Bragg光栅传感器

为了提高光纤Bragg光栅(FBG)的应用范围.提出一种线性啁啾光栅(CFBG)解调的准分布式FBG传感系统.利用波导理论分析了CFBG特性;利用传输矩阵法推导了CFBG反射谱模型及波长与相位延迟的关系,并给出了相位延迟曲线.实验表明:所设计的系统应变测量范围为0～2000 με,温度测最范围为0～80℃;相位变化与被...     

超声脉冲导入光纤光栅的动态光谱特性研究

提出超声以矩形脉冲波的形式轴向导入光纤光栅,分析超声脉冲作用于光纤光栅的机理;在此基础上,设计超声脉冲发生电路以及超声换能器,用高电压脉冲驱动堆栈式压电陶瓷产生沿光纤轴向的压缩脉冲,并通过符合声阻抗匹配的铝锥结构将脉冲幅值放大,高效地耦合进光纤光栅;采用CCD成像法高速采集光纤光栅在时域上的动态反射光谱,分析其时域上的光谱变化规律。结果表明:超声脉冲波长远大于光纤光栅长度时,超声脉冲导入的光纤光栅可有效搬移光谱,在脉冲作用时刻中心波长发生漂移。为超声脉冲与波分复用解调技术相结合提供参考。