基于聚合物微球腔的高灵敏温度传感器（特邀）

提出了一种基于聚合物微球腔的温度传感器,该温度传感器利用微球腔谐振波长漂移量测量外界环境温度变化量,兼具结构紧凑和高度灵敏的特点。首先利用有限时域差分法对拉锥光纤耦合聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球的谐振结构进行了仿真分析,验证了拉锥光纤激发聚合物微球腔中回音壁模式的可行性。实验结果表明,束腰直径为1.8 μm的拉锥光纤与直径为数十微米的聚合物微球之间通过消逝场耦合的方式能够激发品质因子为104量级的回音壁模式。利用点式封装和全包裹封装相结合的方式将拉锥光纤和聚合物微球封装一体,一方面可保持两者之间稳定的耦合状态,另一方面保护拉锥光纤和微球腔免受外界污染。由于聚合物微球腔的负热光系数大于其热膨胀系数,其谐振光谱随外界温度降低发生红移。当外界环境温度在20~30 ℃范围内变化时,聚合物微球腔温度灵敏度为68 pm/℃。与传统光纤温度传感器相比,该传感器的高品质因子使其具有更低的探测极限,在受限空间内的原位温度精密测量中具有潜在的应用前景。     

基于倾斜光纤光栅的温度不敏感振动传感器

提出了一种基于倾斜光纤光栅与多模光纤相结合的温度不敏感振动传感器,其振动传感头是在倾斜光纤光栅与单模光纤之间加入一小段多模光纤所组成。倾斜光纤光栅的反射光谱有布拉格模和包层模两部分组成,其中多模光纤的作用是将倾斜光纤光栅反射包层模耦合到单模光纤的基模。倾斜光纤光栅包层模对外界振动很敏感,通过传感器的包层模平均输出功率完成对外界振动物理量测量。由于采用强度解调的方式,可以大大降低传感器装置的复杂性。实验表明：当传感器温度从20 ℃上升到70 ℃时,传感器的输出平均光功率均方根误差为0.01 μW,其反射光谱平均输出功率影响很小,故可以避免外界温度对测量结果的影响。     

基于马赫-曾德尔干涉的温度和应变同时测量的光纤传感器研究

提出了一种基于马赫-曾德尔干涉的温度和应变 双参数同时测量的光纤传感器,其结构是在单模光纤(SMF)上分别熔接两 个球形结构并在SMF光纤中间熔接一段细芯光纤(TCSMF)。利用光纤的纤芯 模、包层模对温度、应变的灵 敏度差异,通过检测不同级次的干涉谷的特征波长位移变化,结合敏感矩阵实现了对温度、 应变双参数的 同时测量。实验选取位于波长1545.1nm554.8nm处的干涉谷进行温度和应变的同时测量,测 得两个波谷 的温度灵敏度分别为53.86 pm/℃和47.51pm/ ℃,两个波谷的应变灵敏度分 别为0.75 pm/με和1.39pm/με,并且不 同级次干涉波谷的波长位移量与外界温度和应变具有良好的线性度。     

一种全光纤电流传感器温度补偿方法

为了解决传感光纤的弯曲、扭转以及外界工作环境的变化导致全光纤电流传感器测量精度降低的问题,提出了一种基于输出椭圆偏振光长轴斜率的全光纤电流传感器温度补偿方法。论证了椭圆偏振光长轴斜率能够反应输出椭圆偏振光的光椭率的大小,利用TMS320F28335和对应算法求出斜率,实验中使用输出椭圆偏振光长轴斜率对传感器进行修正并进行了实际测量。结果表明,基于该修正方法的测量系统,实现了在单次变温条件20℃~60℃内变化时测量结果偏差满足0.2s。这一结果对全光纤实用化研究是有帮助的。     

基于SPSS软件的取样光栅传感特性分析

基于耦合模理论,采用传输矩阵法分析了取样光栅反射谱,取样光纤光栅在受到外界环境应变和温度影响时,其反射光谱的反射率和波长会发生变化。通过测量反射光谱的反射率变化和波长漂移,就能够实现用单根的取样光纤光栅同时测量应变和温度。通过仿真实验获得了取样光纤光栅的应变和温度传感数据。利用SPSS13.0统计学软件计算出了取样光栅反射率和波长与温度、应变变化的函数关系式,得到系数矩阵中A,B,C,D分别为-0.00033/ε,-0.00011/℃,-0.00055nm/ε,0.013nm/℃。应变测量范围为0~180     

基于半导体吸收原理的光纤温度传感器研究

利用半导体GaAs材料对光的吸收随温度变化而变化的原理,设计了一种光纤温度传感系统。该系统具有结构简单、体积小、全光纤化、易实现远程测量及使用方便等特点。实验结果表明,测量系统的精度好于±0.5℃。     

基于MZI的多用途全光纤传感器设计

以细纤芯及包层光纤为传感头,利用简单的熔接方法,制作了一种多用途MZI全光纤传感器。利用一段多模光纤作为模式耦合器激发细光纤包层模式,可实现对外界液面、折射率、温度和轴向应力的测量,同时利用液面灵敏度大小实现对折射率高灵敏度测量的方法,有助于推动光纤传感器在传感领域的广泛应用。     

硬塑料包层光纤构成的多功能光纤传感器

全光纤Mach-Zehnder干涉仪可由一段硬塑料包层光纤(HPCF)接入单模光纤(SMF)构成。由该干涉仪可以制造出光纤传感器,能对温度与折射量同时进行测量。在HPCF的透射光下,会让SMF与HPCF产生干涉谱,在外界环境温度和折射率的变化下干涉谱也会发生变化,这样就能测量温度与折射率。通过实验发现：测量温度时传感器的灵敏度为13.3pm·℃^-1,测量折射率的灵敏度为52.56nm·(RIU)^-1。该传感器因其体积小、灵敏度高的特点,能在电噪声环境中发挥重要作用。     

一种亮度式光纤温度测量仪

采用石英光纤束与窄带滤光片的亮度式温度测量仪，具有响应快，非接触，灵敏度高等特点，文中论述实现上述特点的关键技术，给出性能指标的测量结果。     

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。     

高精度准分布式光纤光栅传感系统的研究

利用一个经过温度补偿封装的长周期光纤光栅解调系统中所有测量点的传感光栅的波长漂移,实现了实时、高效解调的准分布式测量.理论研究表明该系统适用于对温度、应变等参量的多布点准分布式测量.并以温度为例从实验上研究了高精度的准分布式光纤光栅传感系统.通过改善每个测量点的测量精度来提高整体系统的测量精度.利用金属槽对传感光纤布喇格光栅进行增温敏封装,使其温度灵敏系数比普通裸光栅提高了3.6倍,并利用经过温度增敏封装的光栅作为传感元件,在110℃(-50 ℃-60 ℃)的动态范围内实现了精度为0.04- ℃的多布点准分布式温度测量,理论分析与实验结果一致.     

外界条件对FBG反射偏振相关损耗特性的影响

利用光纤光栅反射偏振相关损耗对外力场信息的变化进行监测,提高了测量性能,并研究了光纤布拉格光栅(FBG)反射偏振相关损耗(RPDL)随外界条件的变化。运用耦合模理论得出外界条件变化量与反射偏振相关损耗间的关系式,并模拟了温度、应力、压力的改变对反射偏振相关损耗谱线的影响。仿真结果表明:光纤光栅反射光的偏振相关损耗对外界温度、应力的变化不敏感,但却明显地依赖外界压力的变化。     

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。     

一种光纤温度计的设计

利用光纤弯曲特性和光热介质折射率随温度变化特性，研制了一种光纤温度计，弯曲光纤外光热介质折射率随温度的变化导致光纤内传输光强的改变，通过测量光强可以得知温度，测量结果在一定范围内个有很好的线性，灵敏度达０．１℃。     

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.     

光纤F-P解调的双参数光纤光栅传感系统

介绍了一种利用光纤F-P滤波器解调的、可同时测量应变及温度两种参数的光纤光栅传感系统.将一个光纤光栅的长度分成相等的两部分,其中一部分的两端固定在一块钢板上,另一部分处于自由状态.根据这两部分光纤光栅对应变及温度的不同感应,实现对应变及温度的同时测量.可利用波分复用技术实现对分布式应变及温度的测量.应变、温度的测量分辨率分别可达1.3 με及0.12 ℃.     

一种用于海洋温度快速测量的光纤法布里-珀罗温度传感器

为满足海水温度高精度快速测量的需求,提出了一种基于光纤法布里-珀罗(F-P)传感器的温度传感方案。该传感器由硅片和光纤尾纤组成,硅片作为光纤F-P传感器F-P腔的腔体,利用硅的热光效应和热膨胀效应实现温度的传感。采用基于二分法的交叉相关快速解调算法对光纤F-P传感器进行高精度的快速解调。对制作的光纤F-P温度传感器进行测试,结果表明:该传感器可达到0.15℃的温度测量精度,可分辨0.001℃的温度变化,温度响应时间可达到128ms。该传感器有望在投弃式测量领域得到应用。     

用光纤光栅测量材料的热膨胀系数

提出了一种利用光纤光栅来测量物质热膨胀系数的新方法。光纤光栅被固定在待测的样品上。测量的原理是基于光纤光栅的温度和应力特性。测量精度达到0.21×10-7/℃。而且测量过程非常简单和易于实现。     

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。     

高压电缆的光纤分布式温度传感技术分析

光纤分布式测温技术是一种新型技术,其原理是利用激光在光纤中传播的特点,对空间温度场进行实时的测量。其作用是分布式的连续检测光纤沿线的温度。本文通过介绍光纤分布式温度传感技术的测温原理,以及光纤的安装方式对温度测量精准度的影响,分析阐述了该技术在高压电缆内部温度测量方面的应用。