反射式光纤束位移传感器的建模与仿真

系统地建立了具有普遍适用性的反射式光纤束传感器的理论模型。对于小数目光纤组成的光纤束,通过建立60°角坐标系来分析不同排列形式的光纤束,建立了离散式通用模型;对于大数目光纤组成的光纤束,通过引入轴间距分布密度参量,建立了积分式通用模型;进而给出了组合式光纤束传感器的模型。对常用的几种排列形式的光纤束进行了计算机仿真和分析,并与测量值进行了比对。结果表明,该模型准确有效。     

一种新型微位移光纤传感器

通常用 Y 型光纤束做成的位移传感器线性范围窄,灵敏度也不够高。本文报道一种新型微位移光纤传感器的实验结果。结构和原理新型微位移光纤传感器的结构如图1。(?)图1 传感器结构图激光束1经过半透半反镜2,穿过光电池3的小孔,进入 Y 形结构同心圆型光纤束的中心光纤束4,照射于被测表面10,再反射回中心光纤束4和外环光纤束5。光纤束5的出射光用功率计6接收,经7放大到处理器11。用环形光电池3接收中心光纤束的出射光通量,信号输入减法器9。预调半透半反镜的     

光纤光栅和静态电阻在静压模型管桩测试中的对比试验研究

为了提高光纤布拉格光栅(fiber Bragg gratin g,简称FBG)应变传感器测量精度,针对光纤光栅传 感器在模型管桩试验应用情况,提出了一种光纤光栅传感器理论灵敏度系数和实验灵敏度系 数应变标定方 法。该方法通过实验标定微型光纤光栅应变传感器的灵敏度系数,与理论分析传感器灵敏度 系数进行对比, 同时在模型管桩安装传感器位置粘贴应变片。实验结果表明,标定后的FBG应变传感器测试 结果更加准确, 为基于FBG应变传感器的模型管桩监测技术奠定了基础。同时,该方法适用于FBG传感器应 用与模型管 桩前的标定,可以得到准确反映模型管桩受力变形的真实数据,提高了光纤光栅传感器在模 型管桩试验中 的测量精度。同时,该方法简单、易操作,为光纤光栅传感器在试验和工程中应用奠定了基 础,加快了FBG 传感器在模型管桩荷载传递监测应用的步伐。     

基于蒙特卡罗模拟的光纤浊度传感器

在后向散射式浊度测量方法的基础上,采用光纤传感技术,设计了一种Y形光纤束探头结构的浊度传感器,并在光纤束探头前端配置平面镜作为光反射配合目标。根据朗伯比尔定律通过实验研究了消光系数与浊度的线性关系,基于蒙特卡罗法建立了待测液中的光子散射模型,模拟不同检测情形下的传感器接收光强,优化得到光纤束到平面镜的最佳距离。标定接收光强与消光系数的关系曲线用于测量。此法简单高效,能检测消光系数低至0.059cm-1的水质,平面镜的有效使用将传感器灵敏度提高10倍以上。此传感器可用于便携式检测,结合空分和时分复用技术可实现在线监测。     

基于光纤光栅的双壁开口模型管桩测试技术研究

针对光纤光栅传感器在模型管 桩试验应用情况, 提出了一种光纤光栅传感器理论灵敏度系数和实验灵敏度系数应变标定方法。结合理论分析 ,在封装FBG 应变传感器前,对模型管桩内、外管进行有限元Abaqus应力分布模拟分析,得到双壁开口模 型管桩对封装 FBG应变传感器没有影响,提高了实验应变测量精度。对模型管桩封装后的FBG应变传感器进 行标定实验, 每次按200逐级加载后并卸载,循环加载5次,得到内外管FBG传感器 应变灵敏度系数分别为2.15 pm/με、2.24 p m/με,且线性度 均达到0.999以上。该方法简单、易操作,可用于光纤光栅应变传感 器在模型管桩试验前的标定,为光纤光栅传感器在试验和工程中应用奠定了基础。     

光纤传感器的复用与数据融合

由于光纤传感器中存在交叉灵敏度,阐释传感器的测量及其相互关系是一个重要的课题。采用数据融合技术,对来自不同光纤传感器的信号进行综合处理,建立了分离光纤传感器中的时变耦合信号模型,即多光纤传感器的复用和数据融合的模型。在强度调制、时分调制、光栅调制和相位调制光纤传感器中,引入传感器、传感模型、复用和数据融合等四个层面的数据融合技术以分离时变耦合信号。     

对称式塑料光纤束反射传感特性研究

给出了对称式塑料光纤束反射传感特性函数的解析表达式，理论计算与实验结果相一致。在不降低灵敏度的情况下，增大了动态范围，有效地解决了动态范围与灵敏度成反比的矛盾。并能够消除光纤损耗、光源不稳定和反射率变化等因素的影响。     

光纤布拉格光栅加速度传感器研究进展北大核心CSCD

基于光纤光栅原理的加速度传感器是近年来土木、机电和航空航天等领域研究的热点。简要介绍了基于光纤布拉格光栅(FBG)的加速度传感器的基本工作原理及力学模型,重点阐述了国内外基于光纤光栅的不同结构原理的加速度传感器最新研究进展。按工作频率范围的高低,先后介绍了用于低频和高频测量的加速度传感器的开发研究现状,并介绍了用于多维加速度方向测量的光纤光栅传感器的发展现状,最后对光纤光栅加速度传感器的发展作进一步展望。     

光纤布拉格光栅加速度传感器研究进展

基于光纤光栅原理的加速度传感器是近年来土木、机电和航空航天等领域研究的热点。简要介绍了基于光纤布拉格光栅(FBG)的加速度传感器的基本工作原理及力学模型,重点阐述了国内外基于光纤光栅的不同结构原理的加速度传感器最新研究进展。按工作频率范围的高低,先后介绍了用于低频和高频测量的加速度传感器的开发研究现状,并介绍了用于多维加速度方向测量的光纤光栅传感器的发展现状,最后对光纤光栅加速度传感器的发展作进一步展望。     

光纤传感器现状研究

回顾了光纤传感器的现状。光纤传感器具有抗电磁干扰、重量轻、尺寸小、灵敏度高、带宽宽以及易于实现多路或分布式传感等优点。应变、温度和压力是研究最广泛的被测对象，光终光栅传感器是研究最广泛的光纤传感器技术。光纤陀螺仪和光纤电流传感器是光纤传感器技术相当成熟和商用的良好示例。讨论了不同的光纤传感器技术，尤其是光纤光栅传感器、光纤陀螺仪和光纤电流传感器技术，重点讨论了原理和现状。目前，光纤传感器通信己取得一些成功，但在不同的领域．它们仍需与其它成熟的传感器技术竞争。人们正在不断开发和试验新的设计，不仅是传统的被测对象，还有新的应用。     

利用LD自混合干涉的光纤Fabry-Perot传感器

提出了基于半导体激光器(LD)自混合干涉原理的光纤Fabry-Perot(F-P)传感器。采用F-P腔模型推导出了LD输出功率、频率与外部光纤F-P腔长变化的理论关系式,分析讨论了这种传感器的分辨率、测量范围、线性度、灵敏度等特性。实验结果与理论分析基本吻合。与现有的外腔式F-P干涉光纤传感器相比,LD自混合干涉光纤F-P传感器具有结构简单、紧凑、易准直等优点。     

悬臂梁光纤振动传感器的振动光调制模型

本文就采用弹性悬臂梁为振敏体的光纤加速度传感器研究中的关键性理论问题,即振动加速度对光强的调制的理论问题,利用连接器耦合理论推导出了完整的动态解析模型。套用此理论模型可方便地实现光纤振动传感器的计算机仿真和CAD。该模型还是光纤加速度传感系统信号处理的理论依据并可推广应用于其它光纤振动传感器的研究中。文中给出了利用计算机模拟出来的结果。     

两类典型光纤型SPR传感器的理论模型比较

针对基于SPR效应的两类典型光纤型传感器:传统型包层腐蚀的镀金属多模光纤传感器、新型镀金属单模光纤光栅传感器,指出其不同的SPR模型处理方法及传感特性。首先,根据传统型SPR光纤传感器的结构特点,利用平板SPR理论给出反射谱特性,同时指出并证明薄膜光学理论在平板SPR结构中与平板SPR理论的等价性。其次,针对新型SPR光纤光栅传感器结构特点,依据模式耦合思想,结合SPW模式特征,提出了光纤光栅SPR结构的理论处理方法,得到了镀金膜三包层LPFG结构的透射谱。最后,对基于SPR效应的两类典型光纤型传感器的传感特性进行了比较分析,结果表明,两类传感器对环境折射率均具有较高的分辨率,但新型光纤光栅SPR传感器的分辨率高出传统SPR光纤传感器3个数量级。     

椭圆芯保偏光纤模传输特性和模间干涉拍长的研究

 保偏光纤模传输特性和模间干涉拍长是模间干涉式光纤传感器设计中的关键参数,对于确定光纤传感器的工作波长、动态范围和线性度具有重要作用.本文从理论上对椭圆芯保偏光纤的模传输特性和模间间干涉拍长进行了分析计算,首先计算得到椭圆芯保偏光纤中几个线性偏振模的传输特性,并据此得到两个低阶线性偏振模LP₀₁和LP^e₁₁的模间干涉拍长.通过试验对计算得到的模间干涉拍长进行了研究,理论和试验结果表明模间干涉具有数百微米的拍长,可以用于设计稳定的光纤传感器.     

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。     

红外光纤用于低温辐射测温的研究

探讨了将红外光纤（束）直接与靶目标和探测器耦合，用于低温辐射测温的理论和技术．导出了光纤的有效临界角．证明了在直接耦合时，光纤（束）接收和传输的功率与光纤和靶目标表面耦合间距无关；当耦合准直角变化在±１５°范围时，与准直角无关     

弯曲长周期光子晶体光纤光栅传感器的研究

为了研究弯曲长周期光子晶体光纤光栅传感器谐振波长漂移量与光栅弯曲形变的关系,采用耦合模理论和计算机模拟方法进行了理论计算和仿真研究,推导出弯曲光子晶体光纤长周期光栅谐振波长表达式,设计了一般弯曲长周期光子晶体光纤光栅传感器系统模型,分析了弯曲长周期光子晶体光纤光栅传感器的基本工作原理,并计算了长周期光子晶体光纤光栅弯曲曲率、光栅有效折射率和谐振波长与弯曲应变的关系。结果表明,随着光栅弯曲形变的增加,光栅的曲率会增加,光栅传感器的谐振波长漂移量会增加,光栅每发生1变化,光栅谐振波长的漂移量变化0.014nm。     

一种基于激光自混合干涉的光纤压力传感器

文中理论和实验研究了一种基于激光自混和干涉技术的光纤压力传感器,阐述了其设计理论和实现方法,建立了光纤压力传感器模型,实验研究了应力与激光自混和干涉输出的对应关系;实验结果表明所设计的光纤压力传感器的原理是正确和可行的.     

光子晶体光纤压力传感器信号检测方案

光子晶体光纤压力传感器可广泛用于各种压力环境监测中.文章分析了光子晶体光纤中光脉冲的传输特性,提出了相位调制型光子晶体光纤压力传感器的基本模型,对光子晶体光纤传感器基于光脉冲相位和光强的信号检测方案进行了讨论.光子晶体光纤传感器的压力敏感性高,而温度敏感远远低于传统的光纤传感器.光子晶体光纤传感器系统简洁、适用.     

双圈同轴型光纤传感器结构的优化与试验验证

为了验证用于测量物体表面形貌的双圈同轴型光纤传感器的数学模型的可行性、优化新结构光纤传感器中的参量以提高光纤传感器线性测量范围和灵敏度，采用了不影响调制特性曲线前坡数据的镜子纸作为反射面进行试验验证，并对新结构的光纤传感器进行了理论分析和数学建模，然后采用粒子群算法对新结构中的倾斜角度进行了优化。结果表明，以镜子纸为反射面所得的试验曲线与仿真调制特性曲线吻合，证明了用于测量物体表面形貌的双圈同轴型光纤传感器的数学模型的可行性；经粒子群算法优化后的倾斜角度为2.33°，此时前坡线性测量区间和灵敏度分别是倾斜角为零时的1.14倍和1.89倍。新结构的双圈同轴型光纤传感器展现出了良好的测量性能和应用前景。