光纤Bragg光栅温度传感滞后性研究

设计并建立了光纤Bragg光栅(FBG)温度传感实验装置,在20～260℃温度范围内对掺Ge单模FBG进行温度传感性能测试。通过比较升温与降温过程各相同温度点FBG中心反射漂移差,发现FBG对温度响应具有滞后性,滞后时间随温度的升高而减小。理论系统分析了滞后原因及规律,并提出了解决方法。     

一种高灵敏度光纤Bragg光栅温度传感器

设计了一种基于光纤Bragg光栅(FBG)的高灵敏度温度传感器,分析了它的温度传感特性。该温度传感器的灵敏度为0．474nm／℃,是裸光栅的45．9倍;线性度为0．9988;通过调节有关参数可进一步提高或选择合适的灵敏度;通过改变参数可以调节该传感的传感区段,可用于常温下的温度测量。     

光纤Bragg光栅应变传感研究

基于光纤Bragg光栅应变传感模型 ,利用泰勒级数展开法 ,将光纤Bragg光栅反射峰中心波长所满足的Bragg方程展开 ,得到了中心波长相对偏移量与应变增量之间的二次解析关系式 ,进而得到了光纤Bragg光栅一阶、二阶应变灵敏度系数的解析表达式 ,计算了一阶、二阶应变灵敏度系数的理论值 ;并将光纤Bragg光栅粘贴在悬臂梁上进行拉伸和压缩 ,得到了与应变对应的光纤Bragg光栅中心波长偏移量 ,通过线性和二次多项式拟合 ,得到了光纤Bragg光栅一阶、二阶应变灵敏度系数的实验值 ;各阶应变灵敏度系数的理论值与实验值吻合得到很好     

裸光纤Bragg光栅的温度传感特性研究

从理论上分析了光纤Bragg光栅的温度传感原理,并通过实验对裸光纤Bragg光栅的常温温度特性进行了测试。实验结果与理论分析基本一致,证明裸光纤Bragg光栅在常温下的中心波长与温度变化呈良好的线性关系,为其用作温度传感器提供了理论和实验依据。最后,指出了光纤Bragg光栅温度传感器在实际工程化应用中所需要解决的问题。     

一种实用的光纤Bragg光栅压力传感器

设计了一种弹性圆筒为衬底的光纤Bragg光栅(FBG)压力传感头,采用参考光栅补偿温度变化对FBG测量压力的影响。在温度为20～100℃、压力为0～20MPa的范围内测试了传感器的特性,并给出了修正温度变化后压力引起波长漂移的实验曲线。结果表明,传感器压力灵敏度为-0.0127nm/MPa,其绝对值约是裸FBG压力灵敏度的4倍,实现了压力增敏。传感头采用密封设计,避免了液体和气体的渗漏,通过选择不同的内径和壁厚,可调整传感头的量程和灵敏度。     

光纤Bragg光栅温度和应变的灵敏度分析及应用探讨

本文从Ｂｒａｇｇ光栅方程出发,推导出了光纤Ｂｒａｇｇ光栅传感器的温度和应变一阶和二阶灵敏度以及温度－应变交叉灵敏度的计算公式,结合实际数据进行了计算,估计了忽略二阶和交叉灵敏度可能带来的误差,并指出改变Ｂｒａｇｇ光栅的封装形式可以提高其温度灵敏度,用此方法同时测量温度和应变时,可以降低灵敏度矩阵的条件数,从而提高检测精度。     

光纤Bragg光栅高温传感技术研究

从温度传感理论模型的角度研究了光纤Bragg光栅(FBG)的温度传感特性,推导了封装后的FBG温度传感器的温度响应灵敏度系数的解析式,分析了FBG的高温响应特性,提出了在高温环境中降低FBG的非线性响应效应的方法.实验结果表明,提高基体材料的热膨胀系数能有效降低FBG传感器在高温环境中的非线性的影响.     

一种封装的光纤Bragg光栅应变传感器

采用不锈钢管对光纤布喇格(Bragg)光栅进行封装,封装后的光纤光栅作为应变传感器,灵敏系数为1.19pm/με,Bragg中心反射波长与应变呈良好的线性关系。传感器能够与被测结构紧密结合,保证应变的有效传递,便于安装,适于实际工程中的应用。     

基于光纤激光器的光纤Bragg光栅传感技术

分析了掺Er光纤激光器(EDFL)的基本原理和光纤Bragg光栅(FBG)传感机理,组建了一种基于环形腔EDFL的FBG传感系统,其中FBG既作为滤波器起波长选择、又充当传感器起感测外界温度压力变化的作用.实验研究了经过温度增敏工艺处理过的FBG温度特性,传感系统温度分辨率优于0.3℃.换用荧光光源和经悬臂梁粘贴增敏处理的FBG,对比了在相同作用力下采用该系统前、后输出传感信号的光谱形状,结果表明,该技术方法可以有效消除FBG的啁啾对传感信号的影响,方法简单、信噪比高,适用于中远距离的FBG传感测量系统.     

一种基于因果分析的光纤Bragg光栅设计方法

从光栅矩阵分析法出发，介绍了一种基于因果分析的光纤Bragg光栅设计方法，并采用该方法设计了用于滤波的均匀光纤Bragg光栅和用于色散补偿的啁啾光纤光栅的结构参数。结果表明，所设计的光栅的分析曲线与目标曲线吻合性很好。     

光纤Bragg光栅封装后的温敏特性研究

介绍了光纤光栅封装前后的温度传感特性,并进行了对比实验．实验表明,作为温度传感器的光纤Bragg光栅封装后．其波长除受到温度变化影响外,还受其所附着的封装材料对其产生轴向应力作用．因此,通过选择适当的封装材料．进行合理的封装工艺处理,可以使封装后的光纤Bragg光栅温度传感器的波长变化与其所处的温度场的变化呈现一种线性关系,而且提高了传感器的温敏特性．     

光纤Bragg光栅温度补偿方法的研究

应变和温度变化都会引起光纤Bragg光栅（FBG）反射波长的漂移,即所谓的交叉敏感问题,它是制约FBG传感检测技术实用化的“瓶颈”.从应变、温度交叉敏感的物理机制出发,阐述了光纤光栅温度补偿的基本原理,介绍了几种国内外常用的光纤光栅无源温度补偿的方法,并详细分析了每种方法的优缺点.     

镀Ni光纤布拉格光栅温度灵敏度分析

为了研究镀Ni光纤布拉格光栅(FBG)的温度灵敏度,根据镀Ni FBG的特点,分析了镀Ni FBG温度变化时的应力应变,从理论上推导出镀Ni FBG的温度灵敏度公式并通过实验进行了验证,用理论证明了镀Ni FBG的波长漂移、应力和应变与温度变化成线性关系,分析了镀Ni FBG的温度灵敏度与镀层厚度的关系.用ANSYS软件对镀Ni FBG在温度变化时的应力应变进行了仿真.理论分析得到镀层厚度为4.56 μm的镀Ni FBG的温度灵敏度为14.3306 pm/℃,实验值为14.113 pm/℃.理论、实验和仿真得到了一致的结果.     

金属化光纤光栅的温度调谐

报道了对光纤光栅进行金属化 ,利用金属层的电热效应对光纤光栅进行温度调谐的方法。这种调谐方法具有结构简单、使用方便、体积小、调谐速度快、易于与电子线路集成等优点。当调谐电流从 0mA增加到 180mA时 ,光纤光栅的布拉格波长从 15 5 3 14nm增加到了 15 5 5 4 8nm ,移动了 2 34nm。调谐上升时间约为 2 0ms。对实验结果作了分析讨论     

光纤光栅温度灵敏度系数研究

用实验方法得到了裸光栅的平均温度灵敏度系数～8.508×10-6/℃和每度波长漂移量Δλc～0.0132 nm/℃.进而对实验数据的分析计算发现:光纤光栅(FBG)的温度灵敏度系数并不是常数,而是随测量温度的增大而缓慢增大,反映了FBG的力学参数是随温度发生变化的.     

基于双光纤布喇格光栅的液位传感器

设计了一种基于双光纤布喇格光栅的新型液位传感器,导出了双光纤布喇格光栅的波长漂移差与液位的关系.圆盘上受到的液体压力导致等腰三角形悬臂梁变形,从而导致安装在悬臂梁两边的光纤布喇格光栅的布喇格波长漂移.通过检测两个布喇格光栅的波长漂移差,得到被测液位.双光纤布喇格光栅通过补偿温度效应,解决了光纤布喇格光栅传感器的交叉敏感问题.该液位传感器的动态测量范围为2～3 000 mm.实验表明,双光纤布喇格光栅的中心波长随液位的增加分别向长波和短波方向漂移,而带宽几乎不变,实验和理论符合较好,该设计方案是切实可行的.     

光纤Bragg光栅低温特性研究

用相位掩膜方法制作了光纤Bragg光栅(FBG),实验研究了FBG波长从-60℃到20℃的低温变化特性。实验结果表明,在-55℃～十20℃区间,FBG中心波长与温度变化有着良好的线性关系和重复性;低于-60℃时,光栅中心波长急聚下降。     

基于双光纤布拉格光栅的流速传感器

设计了一种基于双光纤布拉格光栅的新型流速传感器,它包括双光纤光栅压强传感机构和文丘里管.导出了双光纤布拉格光栅的波长漂移差与流速的关系.压强传感机构中的密闭铝箔管横截面两边的压力差导致等腰三角形悬臂梁变形,从而导致安装在悬臂梁两边的光纤布拉格光栅的布拉格波长漂移.通过检测两个布拉格光栅的波长漂移差,得到被测流体的流速.双光纤布拉格光栅通过补偿温度效应,解决了光纤布拉格光栅传感器的交叉敏感问题.该流速传感器的动态测量范围为8～200mm/s.实验表明,双光纤布拉格光栅的中心波长随流速的增加分别向长波和短波方向漂移,而带宽几乎不变,实验和理论符合得较好,该设计方案是切实可行的.

Abstract：

By using the fiber grating pressure sensing setup and Venturi tube,a novel flow velocity sensor based on double fiber Bragg gratings (FBGs) is proposed.The relationship between the flow velocity and the wavelength shift difference is derived.The pressure difference of the two sides of the cross section of the aluminum foil tube in the pressure sensing setup results in the distortion of an isosceles triangle cantilever structure.And the distortion results in the Bragg wavelength shift of the FBGs mounted at either side of the cantilever.By monitoring the wavelength shift difference of the two FBGs,the flow velocity can be obtained.The cross sensitive problem can be solved by compensating the temperature effect.Experimental results are in good agreement with theoretical analysis.The central wavelength of two FBGs shifts to the shorter and longer wavelength respectively with the rise of the flow velocity,while the bandwidth is almost unchanged.The experimental results verify the feasibility of the proposed sensor with a measurement range of 8~200 mm/s.