毛细石英管构成的高灵敏度光纤气压传感器

为实现高精度的气压测量,提出一种利用飞秒激 光微加工技术与光纤熔接技术制作的法布里- 珀罗(FP)干涉仪(FPI)型光纤气压传感器。利用波长800nm的飞秒 激光脉冲在毛细石英管侧壁上加工一微孔, 利用光纤熔接技术把毛细石英管熔接在一段单模光纤(SMF)和一段多模光纤(MMF)之间,制备 出一种光纤气压传 感器。通过改变传感器的FP腔内气压大小,导致FP腔内气体折射率改变,从而引起传感器 的透射 谱线性漂移,通过计算气压变化量与透射谱的谐振峰波长漂移量之间的关系就能够实现传感 器的气 压测量。理论分析了传感器实现气压测量的机理,实验测量了传感器的灵敏度。实验结 果表明, 传感器对周围气压变化的响应较大,透射谱的谐振峰波长随气压线性变化的灵敏度达到4.22nm/Mpa,而传感器对环境温度变化的响应很小,减少了温度对气压 测量的交叉感染。     

光纤端面涂覆敏感材料的高灵敏度传感器北大核心CSCD

描述了一种基于法布里-佩罗干涉仪(Fabry-Perot interferometer, FPI)结构的双参数光纤传感器,并演示了它可以同时测量气压和温度。所提出的FPI传感结构由覆盖在单模光纤端面上半球形的紫外固化胶组成,FPI产生的光谱干涉峰对环境温度和气压变化敏感。选择传感器干涉谱中两个谐振峰波谷Dip 1和Dip 2,跟踪它们的波长随气压和温度的变化,构建传输矩阵,能够同时测量气压和温度,并消除交叉敏感。实验结果表明Dip 1点的气压与温度灵敏度分别为2.925 nm/MPa和-1.165 nm/℃,Dip 2点的气压与温度灵敏度分别为4.715 nm/MPa和-1.209 nm/℃。利用Dip 1和Dip2的气压与温度灵敏度构建测量矩阵,传感器实现了多参数测量。通过长时间稳定性实验发现传感器测量气压与温度的最大误差分别为0.068 MPa和0.19℃。该传感器具有灵敏度高、结构简单紧凑、造价低廉等优点,在工业生产中具有一定的应用价值。     

基于级联腔法布里-珀罗干涉仪的温度和压力同时测量

提出了一种基于级联法布里-珀罗干涉仪(CFPI)的光纤传感器,用于同时测量温度和压力.该传感器由单模光纤(SMF)、空心光纤(HCF)和双孔光纤(DHF)依次熔接在一起而构成.其中,HCF构成空气腔法布里-珀罗干涉仪(FPI),DHF构成石英腔FPI,两个FPI级联形成混合腔FPI.空气腔FPI通过DHF的空气孔与外部环境连通,实现对气压的高灵敏度传感;石英腔FPI利用二氧化硅的热光效应和热膨胀效应,实现对温度的高灵敏度传感.在0.1～0.6 MPa气压范围,60～260℃温度范围,实现的空气腔FPI的气压和温度灵敏度分别为4 nm/MPa和1 pm/℃,混合腔FPI的气压和温度灵敏度分别为0.5 nm/MPa和9 pm/℃.空气腔FPI和混合腔FPI对温度和气压的灵敏度不同,实现了温度和气压的双参数测量,同时该传感结构制造工艺简单,集成度高,灵敏度高.     

基于光纤内双开口F-P干涉腔的折射率传感器

为了实现高灵敏度液体折射率传感器的高效制备,采用飞秒激光直写技术,在光纤末端刻蚀出矩形凹槽,辅以光纤熔接方法,制备出一种基于光纤内双开口法布里-珀罗(F-P)干涉腔的折射率传感器。该传感器的液体折射率传感灵敏度达到1107.76nm/RIU。讨论了温度对该传感器性能的影响,温度串扰小于0.0025nm/℃;基于海水含盐浓度与折射率的线性关系,探讨了该传感器在海水含盐浓度传感测量方面的应用,灵敏度为0.171nm/(mgmL-1)。结果表明,基于光纤内双开口F-P干涉腔的折射率传感器具有干涉谱对比度高、线性响应良好、灵敏度高、不易受温度串扰、结构紧凑、制备简单高效等优点,在生物、医疗、化学、环境等领域中有着广泛的应用前景。     

光纤F-P腔压力传感器在高温油井下的应用研究

针对高温、高压油井的测量环境,设计研制了基于光纤非本征型Fabry-Perot(F-P)腔的波长解调型光纤压力传感器系统.该系统采用激光熔接制作的光纤F-P传感头,具有测量动态范围大、温度敏感性小、耐高温和长期工作稳定等优点,在压强0～30 MPa范围内,系统压力测量分辨率达到0.003 MPa,温度敏感性小于0.002 MPa/℃.光纤传感头采用光纤-厚壁石英管激光熔接的无胶封装方式,解决了高温环境下的传感器高压密封和光纤保护问题.     

石油测井光纤光栅温度压力传感器

根据石油测井时对温度、压力传感器的要求,设计了一种利用聚合物封装的光纤布喇格光栅(FBG)传感器.封装后的光纤光栅温度和压力灵敏度系数分别为0.02128 nm/℃和0.163 nm/MPa,分别为裸光栅的2.1倍和52.3倍,压力测量范围0～30 MPa,且传感器的温度和压力响应与光栅反射波长呈良好的线性关系.通过现场测井实验,测得光纤光栅温度和压力传感器与电子五参数传感器的测量值符合良好,该传感系统满足了温度和压力测量的要求.     

一种用于同时测量温度和磁场强度的磁流体LPFG-FBG传感器

针对现有光纤传感器测量温度、磁场强度时灵敏度较低的问题,提出了一种基于光信号的光纤温度磁场传感器。传感器以长周期光纤光栅（LPFG）级联光纤布喇格光栅（FBG）作为传感结构,以磁流体作为磁性敏感材料,采用HF溶液腐蚀光纤包层来提高灵敏度。首先介绍了传感器实现温度和磁场强度的双参量测量原理,然后利用Optigrating仿真软件对LPFG-FBG传感单元进行模拟仿真,最后根据仿真结果制作传感器并搭建实验环境进行温度和磁场强度的测量实验。实验结果表明：当温度为35～85℃时,传感器的温度灵敏度为85.7 pm/℃;当磁场强度为4～20 m T时,磁场强度灵敏度为65 pm/m T,且稳定性良好。     

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。     

结构简单的熔接式全石英光纤EFPI高静压传感器

介绍了一种结构简单的熔接式全石英光纤非本征型法布里-珀罗干涉仪(EFPI)高静压传感器,对传感器的压力效应进行了理论分析,给出了传感器的设计结构和制作过程。和传统EFPI传感器相比,该传感器具有长腔长、结构简单、制作工艺简易、应用灵活方便等优点,可以用于较高静态压力的测量。建立了传感解调系统,对压力进行了测试,测量精确度高,稳定性好。同时进行了温度敏感度测量实验,温度敏感系数约为0.72nm/℃,传感器的腔长温度线性度好,结果显示传感器温度交叉敏感度低。在0~20 MPa压力测量范围内,该传感器的压力腔长灵敏度可以达到21nm/MPa,连续10h动态测量条件下,测量偏差为0.2%FS。     

基于模间干涉的折射率/曲率不敏感型PbS光纤温度传感器

提出了一种基于硫化铅(PbS)光纤的折射率/曲率不敏感的光纤温度传感器。该传感器制作简单,只需将一段PbS光纤无错位熔接在两段单模光纤之间即可。由于PbS光纤纤芯特殊的折射率分布,当光线由输入单模光纤进入PbS光纤时,它会在PbS光纤纤芯中激发出不同的模式,不同模式在进入输出单模光纤时将会发生干涉。当外界环境温度变化时,PbS光纤中不同模式间的光程差将会发生变化,从而引起传感器传输光谱的变化,因此可以通过检测传输光谱的变化实现对外界温度的测量。通过实验发现,PbS光纤长度为4mm时,即可得到完整的周期性干涉谱。对该传感器进行温度、折射率与曲率传感实验,可得温度灵敏度为55.45pm/℃,折射率灵敏度为2.08nm/RIU(其中RIU为单位折射率),曲率灵敏度为-0.29nm/m~(-1),说明该传感器对折射率和曲率不敏感,避免了温度测量时,折射率与曲率对其的影响。该传感器具有很小的结构尺寸,能够很好地应用在生物化学、工业生产等的温度测量场合。