光纤光栅温度传感增敏方法研究

针对裸光栅温度灵敏度较低的问题,设计了一种封装方式并进行结构制作。所设计的封装方式是将光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)置入毛细玻璃管中,并填充353ND环氧树脂胶,最后固定在铜片基底上。首先对FBG温度传感及增敏机理进行了理论分析,然后进行结构的设计及制作,最后进行温度传感测试。聚合物353ND和铜片的热膨胀系数显著高于裸光栅,在外界温度发生变化时会对光纤光栅施加附加应力,从而提高其温度灵敏度,并保护FBG传感器的结构。实验结果表明：在40℃至140℃的温度传感测试中,FBG的反射波长保持着不错的线性;温度灵敏度由增敏前的10 pm/℃提升到了21 pm/℃左右,且温度传感特性拟合曲线线性度达到0.996以上。     

一种光纤光栅施加预应力的管式封装装置

为了简化光纤光栅(FBG)管式封装工艺并提高增敏效果,设计了对FBG施加预应力封装装置,阐述了其工作原理,推导了预应力的计算公式。对FBG进行了管式封装和温度传感试验。     

光纤光栅传感器封装增敏技术的研究

提出并实现了采用聚合物封装光纤布喇格光栅(FBG)传感器的方法,为达到保护FBG和温度增敏的目的,利用铸模的方式进行了封装,建立实验平台分析了封装后FBG的温敏特性.实验结果表明,封装后的FBG温度特性曲线线性度较好,等效温度灵敏度达到0.0962nm/℃,比普通光纤提高了约13倍.     

FBG温度灵敏度及增敏技术研究进展

研究了光纤布拉格光栅（FBG）的温度传感机理及特征参数对温度灵敏度的影响.针对国内外光纤光栅温度增敏研究的几大方向,分别从光纤光栅的材料选择、写入方法、封装材料和封装工艺等方面,进一步详细分析了光纤光栅温度传感器增敏技术的发展趋势.     

光纤光栅温度传感器增敏封装特性研究

通过利用聚酰亚胺涂覆裸光纤光栅的方法研制了一种增敏型光纤光栅温度传感器,其反射波长的温度敏感系数由曾敏前的10pm/℃提升至40pm/℃。在-40~200℃测试环境中,开展了传感器标定和温度精度测量试验。试验结果表明:利用光纤光栅增敏封装,在高低温环境中采用低精度光纤光栅解调仪,传感器的测温精度由±0.4℃提升至±0.1℃。上述结果显示,采用增敏封装结构能够提升光纤光栅温度传感器的测量精度,减低制作成本。     

FBG封装材料热膨胀系数对温度传感精度的影响

光纤光栅温度传感器的增敏封装技术是促进其工程化的关键,其中增敏材料的参数特性决定了传感器的精度。讨论了奥氏体不锈钢304材料的热膨胀系数特性,研究了其热膨胀系数随温度变化的关系,分析了线性热膨胀系数对光纤布拉格光栅(FBG)温度传感公式的影响,提出用二次多项式拟合方法修正开槽钢柱封装的FBG温度系数,并搭建系统进行了实验验证。结果表明:同一温度下,实测的传感器中心波长值与采用固定热膨胀系数下的波长值相差较大,且温度越高二者差值越大,100℃时达0.075nm,温度偏差2.58℃;而实测中心波长值与采用线性热膨胀系数下的中心波长值基本一致,二者的二次多项式拟合优度达0.9999。因此,考虑封装材料的热膨胀系数变化特性,采用二次拟合方法将大大提高传感器的测量精度,适用于对温度传感精度要求较高的场合。     

高灵敏度光纤光栅水下压力传感研究

提出了一种新型的光纤Bragg光栅(FBG)压力增敏的边孔封装技术,分析了它的工作机理和制作工艺,并采用聚合物材料进行了实际制作.结果表明,封装后FBG的压力灵敏度为5 251 pm/MPa,是封装前压力灵敏度的1750倍,较大程度减小了压力增敏效果对聚合物材料参数的依赖性,可满足高精度水下压力测量的应用要求.     

光纤光栅传感器的压力增敏技术进展

光纤光栅传感器具有许多独特优点,但裸光纤光栅的压力灵敏度很低,给信号检测带来不便,并且裸光纤过于纤细容易损伤,使用中必须对其有效保护,因此有必要对光纤光栅传感器进行封装,既实现压力增敏,又保护光纤.针对这一问题,分类阐述了光纤光栅传感器封装工艺的最新进展情况,并对其优缺点进行了分析和讨论.     

高灵敏度光纤光栅静水压力传感研究

分析了光纤布拉格光栅的压力敏感及增敏原理,设计了一种适于高分辨率静水压力测量的封装结构,实验结果表明,该光纤光栅压力传感器压力响应灵敏度为9.03×10-3 MPa-1,比未封装的裸光纤光栅增敏2946倍,在长沙白鹭湖进行的基于静水压力的水深测量表明,该传感器的深度分辨能力优于5 cm,并有较好的线性和重复性,满足基于静水压力的拖曳缆深度测量应用需求.     

光纤布拉格光栅压力增敏的实验研究

近年来光纤光栅作为压力、温度、应变等传感器已经成功地应用于光纤传感领域中。然而裸露的光纤光栅对于外界物理参量的变化灵敏度不高,因此有必要对光纤光栅进行增敏封装,以提高其对外界环境变化的灵敏度。采用两种聚合物材料均匀混合,将其对布拉格光纤光栅进行封装。在23℃情况下对封装后的光栅进行了压力实验,实验表明用两种聚合物封装后的光栅对压力有很高的灵敏性,在0～10MPa范围内压力灵敏度为-122×10-4MPa,是裸光栅压力灵敏度的62倍     

D型贴膜光纤折射率传感特性研究

本文提出一种贴膜D型光纤用于折射率传感,采用半解析方法建立模型,并分析计算在不同纤芯贴膜距离、贴膜厚度、贴膜折射率、工作波长条件下贴膜D型光纤工作性能,发现其折射率传感性能较普通D型光纤有较大提高,同时设计了两种工作在不同传感要求范围条件下的贴膜D型光纤。     

Revealing the Intrinsic Decay of Mechanoluminescence for Achieving Ultrafast-Response Stress Sensing

Converting mechanical energy into photon emission provides a promising route for intelligent sensing, self-powered lighting, and distributed energy harvesting, which is of great significance for finding a feasible solution to the current sensing technical bottleneck and energy crisis. As the basis for understanding the conversion mechanism and realizing high-frequency mechanical energy utilization, elucidating the dynamic process of intensity variation in the mechano-to-photon conversion remains a great challenge. Herein, a time-domain characterization scheme that enables to unravel the intrinsic decay of mechanoluminescence (ML) with lifetimes from milliseconds down to tens of microseconds is constructed. It is demonstrated that ML decay characterization is an important tool to reveal the dynamics of charge migration in ML materials. The ML decay in a typical self-reproducible ML material ZnS:Mn²⁺ shows temperature dependence and stress fluctuation resistance, which opens up a new reliable approach for self-powered and remote temperature sensing. Finally, benefiting from the shortest ML lifetime recorded to date, an ultrafast-response stress sensor that enables to detect individual pulses of ultrasonic waves with ML sensing technology is developed.     

智能家居中的体感技术的应用和前景

智能家居技术中,实现与人交互的一类重要技术是体感技术。体感技术让人不必受限于遥控器等控制终端,以更自然的方式与智能家居进行交互。智能家居中的体感技术一般借助惯性传感、语音、视觉等几种媒介,语音技术的优势是技术成熟,但语音命令的复杂度受限于自然语言理解的限制;惯性传感和视觉的优势是直观,目前惯性传感的商用产品较多。虽然视觉传感目前主要限于手势等的控制,与惯性传感的控制方式类似,但随着技术的发展,视觉传感的发展潜力巨大,属于未来的技术发展方向。     

WRAN系统频谱感知研究

IEEE802.22WRAN系统使用动态频谱接入.它有效提高了频谱利用率.频谱感知是WRAN系统的关键技术.文章首先对WRAN系统和频谱感知进行了简要介绍.然后,从三个方面对频谱感知进行了研究,包括频谱感知要求,频谱感知功能和频谱感知方案.     

MEMS交叉梳齿光栅设计和优化

采用MEMS技术设计和制造了一种由梳齿驱动器驱动的新型交叉梳齿光栅,同时优化了该光栅的驱动器结构,着重分析了优化驱动器结构对光栅机械特性和光学传感特性的影响,优化后的光栅相对于未优化时具有更大的位移、更好的光学传感特性。基于PolyMUMPs工艺制作了梳齿驱动器驱动交叉梳齿光栅,并逐步分析了该光栅的加工步骤。结合有限元分析软件,对该MEMS光栅的机械特性进行了分析。分析结果表明,在85V下,该光栅驱动器的位移为2.7μm,而实际测量的位移为2.1μm。通过对该光栅驱动器结构进行优化,得到在同等电压下优化后的光栅驱动器位移较未优化时有显著提高,在85V时,优化后的MEMS光栅驱动器的位移为4.3μm。根据傅里叶光学理论计算得到,该光栅的传感灵敏度与驱动器位移成正比,经过计算得到优化后MEMS光栅的光学传感曲线更加陡峭,具有更好的传感特性。     

认知无线电中频谱感知技术的研究进展

认知无线电技术作为解决当前频谱利用率低下这一问题的有效手段,已成为无线电发展的一个新的里程碑。频谱感知作为实现认知无线电的首要任务,主要涉及物理层的信号检测与处理以及链路层的控制与优化。文中对频谱感知技术的最新研究进展情况进行了综述,重点总结和分析了检测算法的性能、协作融合算法以及感知机制的参数优化,并在此基础上讨论了下一步的研究方向。     

铝合金箔片封装光纤光栅传感特性研究

针对表面粘贴式光纤光栅(FBG)传感器存在的封装体积过大、粘接不便的问题,提出一种光纤光栅的铝合金箔片封装工艺,并通过悬臂梁加载实验和水浴加热法对封装后光纤光栅的应变与温度传感特性进行了实验研究.测试结果表明,经铝合金箔片封装后的光纤光栅传感器与裸光纤光栅相比较,应变灵敏度提高了1.2倍,达到1.407 pm/με,温度灵敏度提高了3.02倍,达到29pm/℃,中心波长的漂移与荷载及温度都具有良好的线性关系,且有较好的重复性.     

浮游植物分布对强台风尼格的响应

研究调查了Ekman流对浮游植物生态动力过程的驱动机制。采用新的光学遥感算法提取浮游植物光学有效信息。该算法结合了近红外波段的浮游植物荧光信号以及可见光部分的弹性散射的辐射传输模型,通过两次迭代优化算法,提取浮游植物光学信号。采用辐射传输软件Hydrolight对海水水下光场进行了数值模拟,并结合新算法对模拟数据进行了对比分析。结果表明,新算法较好地表征了浮游植物叶绿素光学参数。利用MERIS光学遥感数据并结合了动力学参数,利用该算法分析了强台风尼格对我国海域浮游植物分布的影响。研究结果表明,Ekman流是我国海域浮游植物分布异常的原因之一。     

基于优化信息算子的UWB信道贝叶斯估计

针对压缩感知应用于UWB通信信道估计时信息算子的相干性严重影响UWB信道估计精度的问题,提出将优化的信息算子和贝叶斯算法相结合的方法。该方法以互累积相干参数为准则,首先将加权信息算子通过最优化与正则化得到优化的信息算子,最后通过贝叶斯算法重构UWB信道。理论分析和仿真结果表明优化信息算子的相干性大大减弱,有效提高了UWB信道估计精度,同时该方法能在较低的压缩比和信噪比条件下实现UWB通信信道的准确重建。     

认知无线电中基于拟合优度的频谱盲检测算法研究

首先,提出噪声方差未知情况下基于t分布的Anderson-Darling的认知无线电频谱盲检测方法,通过计算接收到信道采样样本均值和方差比的分布函数与f分布函数之间的Anderson-darling距离,实现频谱检测.其次,提了基于特征函数的频谱盲检测算法,通过计算接收到的样本经验特征函数与已知特征函数的距离,判决信道中是否存在信号传输.最后,给出了衰落信道下,所提2种基于拟合优度的频谱盲检测算法的虚警概率和检测概率下界.理论和仿真表明,噪声方差未知情况下,所提2种频谱盲检测算法比传统的噪声方差已知时的能量检测法具有更好的性能.在低信噪比和小样本条件下,性能提高表现的尤其明显.