法布里-珀罗薄膜干涉的光纤温度传感器

为了研制结构简单、成本低、可批量生产的微型光纤温度传感器,分析了薄膜干涉型光纤温度传感器的原理,选用ZrO2和Al2O3两种介质薄膜材料,采用TFCalc膜系设计软件设计了薄膜干涉型光纤温度敏感探头的膜系,由南光ZZS1100-8/G箱式真空镀膜系统采用电子束蒸发技术在普通多模光纤端面蒸镀介质薄膜,形成法布里-珀罗（Fabry-Perot）薄膜干涉,并搭建光纤温度传感测试系统,测试结果表明:在200~600℃范围内,所设计的干涉型光纤温度传感器的测试光谱随温度变化产生一定的波长漂移,且波长漂移的温度特性为线性,线性相关系数为99.7%,灵敏度为8.3710-6/℃。基于法布里-珀罗干涉的薄膜型光纤温度传感器体积小,成本低,结构紧凑,可批量生产,适合安装位置狭小或对传感器集成化要求较高的场合。     

白光干涉光纤法布里-珀罗腔的拟合求解

采用Levenberg-Marquardt算法(LMA)对光纤法布里-珀罗(F-P)腔的白光干涉光谱进行拟合;通过对光源光谱的高斯拟合处理和对LMA拟合参数范围的限定,提高了其对光源波动的抗干扰能力和腔长解调的分辨率;通过研究不同质量、数量的采样数据对解调算法的影响,比较LMA相对于相关法的效率优势;最后通过实验得到了装置综合标准偏差(1nm)和光源功率波动下的LMA算法的标准偏差(0.2nm)。     

蓝宝石光纤法布里-珀罗高温传感的实验研究

进行了基于蓝宝石光纤及晶片的光纤法布里- 珀罗(F-P)高温传感器研究。理论仿真分析了传感器温度传感灵敏度及干涉光谱信号质量 随蓝宝石晶片厚度 变化趋势。结果表明,在信噪比(SNR)为30〖J P ＋2〗dB、晶片厚为75μm时,可避免干涉光谱信号波峰干涉级次跳 变问题, 同时获得3.114nm/℃(1080℃)的温度传感 灵敏度。建立了高温传感器系统,并基于干涉光谱相位分析算法 进行解调,实现了130～1080℃测温范围,测 温误差小于±2.45℃, 1080℃下温度传感灵敏度测试值为2. 973nm/℃,与理论温度传感灵敏度基本吻合。     

超短腔光纤法布里-珀罗低温传感技术研究

针对低温大范围高灵敏温度测量需求,提出一种适用于低温环境测量的光纤法布里-珀罗腔温度传感器,并实验研究传感器的响应特性。超短空气腔法布里-珀罗温度传感器由外径0.3 mm的石英毛细管和单模光纤构成,利用高热膨胀系数的材料作为腔镜的一个反射面提高空气腔的温度灵敏度,理论分析了法布里-珀罗干涉仪的温度传感原理,以及温度灵敏度的影响因素,并分析不同级次对灵敏度的影响。研制了大自由谱低温高灵敏度传感器,实验结果表明,传感器在-40℃至-10℃的温度范围内具有较好的温度响应特性,相应的灵敏度为-2.066 nm/℃,线性拟合度为0.9697,理论分辨率为±0.0005℃。传感器具有体积小、灵敏度高和测量范围大等优点,在低温传感领域具有潜在的应用价值。     

超短腔光纤法布里-珀罗低温传感技术研究

针对低温大范围高灵敏温度测量需求,提出一种适用于低温环境测量的光纤法布里-珀罗腔温度传感器,并实验研究传感器的响应特性。超短空气腔法布里-珀罗温度传感器由外径0.3 mm的石英毛细管和单模光纤构成,利用高热膨胀系数的材料作为腔镜的一个反射面提高空气腔的温度灵敏度,理论分析了法布里-珀罗干涉仪的温度传感原理,以及温度灵敏度的影响因素,并分析不同级次对灵敏度的影响。研制了大自由谱低温高灵敏度传感器,实验结果表明,传感器在-40℃至-10℃的温度范围内具有较好的温度响应特性,相应的灵敏度为-2.066 nm/℃,线性拟合度为0.9697,理论分辨率为±0.0005℃。传感器具有体积小、灵敏度高和测量范围大等优点,在低温传感领域具有潜在的应用价值。     

基于动态法布里-珀罗腔的光纤光栅温度传感

提出一种动态非本征法布里-珀罗(F-P)腔对波长的解调方法。利用压电陶瓷(PZT)构建的动态非本征F-P腔调制光纤布拉格光栅(FBG)反射光,理论分析得到调制光强随F-P腔的腔长改变呈类余弦变化。经数值模拟,当PZT在正弦电压驱动下,F-P腔调制输出的类余弦信号因FBG波长的变化产生了信号曲线的位移,且位移量与FBG波长的变化量呈线性关系,此关系可用于FBG波长的解调。通过动态F-P腔与光纤光栅构建的温度测量实验系统,对不同温度下的液体进行实验测试,在35℃～80℃温度变化范围内验证了液体温度变化量与类余弦信号的位移量呈线性关系,其线性拟合度达99.5%。     

光纤法布里-珀罗传感器的模式分析

利用模式理论分析白光光源条件下的光纤法布里-珀罗传感器的干涉谱的相位变化,推导得到反射光波在法珀腔内传播时由光程差(即两倍法珀腔腔长)和进入导入光纤时的模式耦合引起的相位变化对干涉谱的影响,并且用模式理论的方法分析了传感器法珀腔两个端面未完全平行时对其干涉谱的影响.     

用可调谐法布里-珀罗腔测量光纤光栅波长

提出了一种利用压电陶瓷构成的可调谐法布里 -珀罗腔测量光纤光栅反射波长的方案 ,该方案可以直接将波长转换为电信号。阐述了该方案的基本原理 ,并讨论了在设计法布里 -珀罗腔时应考虑的几个问题。     

纳米薄膜光纤法布里-珀罗传感器的温度特性

在对薄膜材料热光效应和热膨胀特性研究的基础上,综合运用光学薄膜法布里-珀罗腔(Fabry-Perot)干涉理论,采用MATLAB 编程设计了纳米薄膜光纤法布里-珀罗传感器的仿真分析程序,模拟了薄膜型光纤法布里-珀罗传感探头反射光谱随温度变化的波长漂移特性,分析了不同材料热光效应和热膨胀特性对温度特性的影响权重,并进行了实验验证。验证结果表明,传感探头测试光谱的温度变化特性与仿真特性一致,纳米薄膜光纤法布里-珀罗传感器的理论仿真可用于选择纳米薄膜材料及筛选温度敏感且镀制容差大的膜系,对传感探头的研制具有指导意义。     

基于可调谐法珀腔解调的光纤法珀应变传感系统

本文提出了一种基于可调谐法珀腔解调的光纤法珀应变传感器系统，阐述了该系统的测量原理，提出了可调谐法珀腔的一种设计方案。     

基于可调谐珐珀滤波器的光纤珐珀传感解调系统研究

在光纤法珀（Fabry Perot.简称F-P）传感解调系统中,获取传感器反射信号的光谱成分是一种实用的方法,论文从可调谐珐珀滤波器波长选择特性的原理出发,提出使用可调谐珐珀滤波器获取传感器反射信号的光谱,从而实现光纤珐珀传感器的腔长信息解调,并在此基础上使用DSP为控制核心搭建了该系统,实验证明了方案的可行性。     

基于法布里-珀罗干涉的双电机转速测量

为了实现多台电机速度的同时测量,提出了一种基于法布里-珀罗干涉的双转速测量方法。实验采用全光纤双通道结构,同时测量两台电机的转速。在使用自相关算法分析两个独立的散斑信号之后,获得电机的相应旋转速度。实验结果表明,在随机范围内可以实现两个单独的转速测量,相对误差小于023。这证明了新型全光纤配置测速仪的高精度和简单操作,并且该结构还实现了双电机转速的同时测量。     

空芯光纤多模干涉型光纤液位传感技术研究

为了测量液位高度变化,采用基于空芯光纤多模干涉效应的方法,研究了在外界介质影响下光源在空芯光纤中多模干涉所产生的干涉谱的变化,进行了基于空芯光纤中多模干涉效应的液位传感实验,研究了该液位传感器的干涉谱与液位变化的关系以及不同折射率液体对测量结果的影响,并分析了实验误差。结果表明,该光纤液位传感器的液位测量范围为0mm~55mm、液体折射率为1.33和1.35时,液位测量灵敏度分别为0.180nm/mm和0.224nm/mm。使用单模-空芯-单模结构的传感器进行液位变化测量是较为精准与可行的。     

基于保偏光纤模式干涉的温度传感技术

基于Sagnac光纤干涉仪偏振非互易的光纤温度传感器的理论、方案和相关技术,利用光强度直接测量的信号检测技术,实现了单点温度传感并进行了实验验证.实验和测试表明:这种温度传感器达到了0.01℃的温度分辨率和稳定性,通过改变温度传感头的长度和传感保偏光纤的双折射率,可方便地调节其测量范围.同时又提出了一种新的反射型保偏光纤温度传感方案并研制出微小型保偏光纤温度传感头.在此基础上,实现了多点温度测量,研制出大型变压器绕组温度监控用多点温度传感系统,在0～200 ℃的温度范围内达到了0.5℃的测量精度和分辨率,研制的传感头满足高电压绝缘和热油、热蒸汽的恶劣环境要求.     

多通道多气体光纤传感技术的研究

基于气体的近红外吸收机理,研究了一种可以检测多种气体的光纤传感器.根据被测气体的吸收峰对应波长选择不同的分布反馈式半导体激光器为光源.采用光纤多通道同时测量,配以独特设计的气室探头,可用于煤矿等恶劣环境.对甲烷和一氧化碳气体浓度的检测实验表明,该系统具有较高的灵敏度、精度、稳定性.     

基于 Parylene 膜的法 珀干涉型光纤超声水听器

针对高强度聚焦超声(HIFU)声场测量,提出并研究了一种基于Parylene膜的法-珀干涉型光纤水听器。采用真空气相沉积法在光纤的端面蒸镀Parylene膜构成光纤水听器的法-珀腔,分析了光纤水听器的传感原理和解调原理,建立了HIFU声场检测的实验系统。实验结果表明,基于Parylene膜的法-珀干涉型光纤水听器能准确传感超声信号,其输出与换能器驱动电压的非线性度小于0.01,且与聚偏氟乙烯(PVDF)针式水听器的测量结果基本一致。     

基于单模-多模-单模光纤模间干涉的传感系统

基于单模-多模-单模光纤（SMS）结构的模间干涉现象,在外界环境变化时SMS 光纤结构输出光场散斑图样的变化规律,提出了一种用于振动、应力及温度检测的光纤传感系统。该系统使用光电二极管测量散斑图样部分固定区域的光功率变化,即可得到施加在多模光纤上的外界应力,通过FFT 和Hilbert 变换,可得到外界振动（频率、幅度）和温度变化信息。对该系统的振动测量和温度测量进行定标后,经实验研究测得,该系统振动测量误差小于0.7 Hz,温度测量误差小于5.0%。该系统结构简单,成本低,并可用于多参量的测量。     

仿生柔性触角形状感知光纤传感方法研究

为解决智能机器人仿生柔性触角形状感知问题,研究柔性光纤传感方法。建立光纤触觉传感器三维模型,推导出柔性触角探测物体形状的曲率计算公式,建立柔性触角形状传感系统,实验研究光纤布拉格光栅作为传感元件的可行性,分析柔性仿生触角标定误差,得到仿生柔性触角弯曲导致光纤光栅中心波长漂移量与形状曲率的关系,拟合曲线与实际曲线之间的参数偏差小,验证了仿生柔性触角形状光纤传感技术可行性。研究结果表明,光纤传感方法可实现仿生柔性触角形状感知,在智能机器人领域具有应用前景。