光纤光栅传感器在爆炸冲击测量中的应用

光纤光栅传感器(FBG)在侵彻及爆炸冲击测试技术中拥有广泛的应用前景。介绍了光纤光栅传感器的检测原理与关键技术,分析了光纤光栅传感器的动态响应时间及对于高频振动时的可测频率。与传统的爆炸冲击测量方法相比,光纤光栅传感器精度高,抗电磁干扰能力强,体积小,可实现分布式测量,在爆炸冲击领域拥有广泛的应用前景。限于光纤光栅解调技术即采样率发展的限制,光纤光栅传感器在爆炸冲击领域的应用处于起步阶段。介绍了光纤光栅传感器在霍普金森压杆上的应用。提出了当前急需解决的技术问题。     

光纤光栅金属化工艺及特性研究

以石英光纤光栅为基体材料,采用化学镀镍和电镀铜相结合的工艺制备金属化光纤光栅。采用胶体钯活化法进行光纤光栅的活化处理,通过研究预处理粗化时间、活化时间与活化温度关键参数等对镍磷合金镀层结合强度和连续性等性能的影响,确定了最佳工艺条件:室温下粗化时间2~10 min,活化温度30~40℃,活化时间20 min,在石英光纤表面得到了连续、致密、均匀、光亮和附着力强的镍镀底层。采用电镀法在镀镍光纤光栅上继续镀铜,得到了具有高附着力、低电阻和良好焊接性能的金属化光纤光栅。对镀铜光纤进行温度性能测试,发现镀铜处理后的光纤光栅温度灵敏系数是普通光纤光栅的1.7倍。     

全光纤转动拉曼激光雷达的光纤光栅分光技术研究?

设计了一款由可见光波段的光纤布喇格光栅和光纤耦合器构建的全光纤转动拉曼激光雷达分光系统。利用相位掩模板侧向成功刻写530 nm波段光纤布喇格光栅,并初步测试其透射谱和反射谱性能。为提高光纤光栅中心波长与大气氮气分子转动拉曼谱线的匹配特性,利用悬臂梁设计高调谐灵敏度的调谐系统。实验结果表明,成功研制的可见光波段光纤布喇格光栅其反射率约为95%,带宽约为0.3 nm,应力调谐系统可实现± 0.6 nm范围18 pm/r 的波长调谐。     

高频CO2激光脉冲写入的新型长周期光纤光栅及其在光通信中的应用

报道了一种利用频率为几千赫兹的高频CO2激光脉冲的热冲击效应制作长周期光纤光栅的新技术。实验中，作者首次发现这种新型的长周期光纤光栅具有一些独特的光学特性，比如弯曲特性和横向负载特性等，这主要是因为用高频CO2激光脉冲写成的长周期光纤光栅的横截面折射率分布不对称所致。基于这种新型长周期光纤光栅，设计了一种用于减小掺铒光纤放大器噪声系数的ASE噪声滤波器和平坦掺铒光纤放大器增益谱的增益均衡器，此外，还利用这种新型长周期光纤光栅独特的弯曲和压力特性，研究设计了两种用于动态平坦掺铒光纤放大器增益谱的动态增益均衡器。     

一种新型的高性能50GHz光纤光栅滤波器

提出了一种新型的能同时实现光学滤波和色散补偿的50GHz光纤光栅滤波器。采用基于LP算法的IS光栅设计方法，按照50GHz信道间隔的DWDM系统要求设计了具有不同色散补偿距离的光纤光栅滤波器。结果表明，所设计的光纤光栅性能优良，完全满足系统要求。     

结构健康监测用光纤布拉格光栅应变传感器研究

采用不锈钢管对光纤布拉格光栅（FBG）进行封装并对其进行标定，粘贴在钢桁架表面测量结构的应变，封装光纤光栅显示了良好的传感性能，与电阻应变片测量结果吻合良好。封装后的光纤布拉格光栅传感器操作容易，便于安装，为建立工程结构健康监测系统奠定了基础。     

光纤光栅声光调制特性分析

高频超声波在紫外写入的光纤布拉格光栅(FBG)上传播，产生的长周期超声光栅调制光纤光栅，形成光纤超声超结构光栅。利用模式耦合理论，分析了光纤超声超结构光栅的光谱特性，得出光纤超声超结构光栅的反射谱存在多个反射峰，其反射峰的波长间隔由超声波的频率决定。因此，可以通过改变超声波的频率，调节一阶反射谱的反射波长，从而实现宽调谐范围的快速波长可调滤波器。该滤波器与通常的声光可调滤波器相比，带宽更窄，调谐速度更快。     

采用光纤光栅编/解码器的FFH-OCDMA实验系统

着重介绍了采用光纤光栅编／解码器的FFH—OCDMA实验系统的设计以及整个系统的结构，简要分析了系统的多用户干扰和地址码选择等，最后通过实验平台，验证了光纤光栅编／解码器和整个系统的性能。     

光纤光栅埋入后温度、应变解耦分析

光纤光栅传感器在现实应用中的一个主要问题是温度和应变的交叉敏感问题.介绍了光纤双光栅同步测量温度和应变的原理,设计了一个光纤双光栅温度、应变测量系统,对光纤双光栅的温度和应变传感性能进行了实验研究,结果表明光纤双光栅具有多参量同时测量的能力.     

相移光纤光栅传输谱的研究

相移光纤光栅可作为密集波分复用（DWDM）系统中的解复用器，相移的大小，位置和相移点的多少对该解复用器的性能有重要影响，应用传输矩阵理论分析了相移光纤光栅的相移大小，相移位置不同和多点相移对光纤光栅传输谱的影响。     

基于可调谐激光器的光纤光栅高速解调的时延误差补偿方法

基于可调谐激光器的光纤光栅(fiber Bragg grating, FBG)解调仪用于FBG传感器的远距离、高速测量时,光传输时延会导致显著的波长解调误差。本文设计了一种补偿光传输时延导致的FBG解调误差的方法,可调谐激光器在工作光频率范围内进行高线性度的正向、反向扫描,利用正向、反向扫描过程中的光电探测信号的FBG反射峰差异,对光传输时延导致的波长解调误差进行补偿。试验结果表明,在50 kHz解调频率和100 m连接光纤长度条件下,将光传输时延导致的波长解调误差由2 nm降低到小于10pm。     

基于双光纤光栅的加速度传感探头结构的设计

分布式光纤光栅加速度传感技术对微弱振动测量分析及其故障诊断具有重要的实用价值。采用副载波调频、波分复用技术提出了一种分布式光纤布喇格光栅加速度测量系统,并进行了基于双光纤布喇格光栅的加速度传感探头结构的设计。该传感探头具有尺寸小,质量轻,不受电磁干扰等优点,有较高的测量灵敏度和分辨率,而且能自动消除温度噪声和相位噪声的影响。     

新型耐高温FBG传感系统研究

为解决传统的高温传感器不能满足对电解Al槽温等高温环境的实时在线测量问题,提出了基于波长调制的光纤Bragg光栅（FBG）高温传感系统,设计了一种新型封装结构的耐高温FBG传感头,具有体积小、灵敏度高和线性度好等特点;采用了基于InGaAs图像传感器衍射解调技术对光反射波长进行解调,缩短了系统的响应时间,提高了测量精度...     

A novel FBG velocimeter with wind speed and temperature synchronous measurement

Based on frequency demodulation method, a novel fiber Bragg grating (FBG) velocimeter which can achieve wind speed and temperature synchronous measurement is proposed in this paper. The wind speed and temperature synchronous measurement is realized by cup anemometer (CA) signal modulation and Hilbert-Huang transformation (HHT) signal processing. The working principle of the novel FBG velocimeter is demonstrated and its theory calculation model is also set up by using basic mechanical knowledge and blade element momentum (BEM). Further, calibration experiment is carried out on one prototype of the FBG velocimeter to obtain its measurement performance. HHT is introduced to deal with calibration experiment data. After data analyses, the results show that the novel FBG velocimter can achieve high-precision wind speed measurement of 0.012 m/s with minimum detection limit of 0.41 m/s, and its temperature detection precision is 10.6 pm/°C.     

Development of a fiber optic health monitoring system for aerospace applications

This paper describes our research activity involved in the identification, development and test of a prototype SHM system constituted by optical sensing nodes to measure both temperature and strain on ultra high temperature ceramics (UHTC) materials up to 1000 °C. Commercially available optic devices can operate up to 550 °C. To raise temperature limit up to 1000 °C, custom devices, mainly under development for scientific applications, have been identified. A prototype SHM system has been developed adopting a FBG sensor for temperature measurement and an EFPI sensor in sapphire fiber for strain measurement. The preliminary findings from thermo-mechanical tests indicate that former SHM system is capable of accurately measuring strain at elevated temperatures on UHTC materials.     

基于光纤光栅的传动齿轮模态分析

利用光纤光栅传感器实现了基于快速应变响应的传动齿轮模态分析。基于波分复用技术组建光纤光栅传感网络,根据光纤光栅的应变响应数据完成齿轮的应变模态分析,并与基于声压传感器的齿轮试验模态分析结果进行对比,固有频率相对误差小于0.1%。为了实现光纤光栅传感器的快速应变采集,搭建了一套光纤光栅快速解调仪。该解调仪是基于体相位解调的单通道快速解调仪,采样速率最高为35kHz,使用LabVIEW编写了光纤光栅信号采集和解调软件。基于光纤光栅的齿轮应变模态分析方法附加质量小,比传统加速度传感器测量结果更准确,能够适应小型齿轮箱内部复杂和恶劣的测量环境,具有一定的应用价值。     

基于光纤Bragg光栅的地震检波器的理论与实验研究

提出了一种新型的基于光纤Bragg光栅(FBG)的地震检波器。FBG地震检波器传感头由平面弹簧片、质量块和FBG构成。给出了该检波器的力学模型,理论推导与分析了该检波器的幅频特性和加速度灵敏特性,并讨论了影响该检波器灵敏度的主要因素。实验结果表明,该检波器具有良好的线性度、稳定性和耐受性;检波器的频率响应范围为10～140 Hz,传感器灵敏度为25.9pm/g,共振频率为167 Hz,较符合理论值;最高可检测加速度值大于30g。     

Lab VIEW实现光纤光栅传感干涉解调技术的研究

结合虚拟仪器技术和光纤光栅传感技术,自行设计了一套光纤光栅传感解调系统.系统采用了基于迈克尔逊干涉技术的解调方法,将包含被测应变信息的FBG波长信号转变成相位信号,通过以Lab VIEW为核心的虚拟仪器系统检测相位的变化,从而得到被测应变的大小.该干涉解调系统避开了传统解调系统受电磁干扰和环境等方面的影响,因此使得测量精度有了很大的提高.虚拟仪器系统可用于静态应变和动态应变的检测,具有高分辨力、大测量范围的特点.     

一种光纤布拉格光栅动态解调系统的研究

设计并实现了一种基于长周期光栅边缘滤波特性解调光纤布拉格光栅(FBG)的动态应变检测系统。研究了当试件加载垂直周期力时FBG受到的动态响应特性。将FBG作为传感元件, 利用长周期光栅(LPFG)边缘滤波特性对光强调制, 长周期光栅的透射光信号经光电转换获得电压信号, 通过数采卡与LabView软件设计结合由计算机采集。根据试验结果, 获取信号的时域波形图并进行频谱分析。结果表明, 该系统采集的信号能够较好地反映施加振动载荷的频谱特征, 并实现了3 kHz频率以下的动态应变测量, 波长分辨极限达到0.004 nm。