光纤高温传感器研究现状及应用前景

重点论述几种典型光纤高温传感器的测温原理、研究现状、各自特点及适用环境,并对应用前景进行展望。研究结果表明,光纤高温传感器具有的众多优势使其能够在易燃易爆、剧烈震动、强电磁场和高速高焓等恶劣环境下准确测量高温。     

用于局部放电检测的光纤Fabry-Perot声传感器

目前的研究工作都集中在如何提高法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)传感器的灵敏度和线性响应度,而传感器的方向响应性在局部放电定位中的研究较少.对基于微机电系统(MEMS)的F-P声传感器的方向灵敏度进行了实验研究,制作了膜片厚度为5 μm的F-P声传感器,并测量和分析了来自不同入射角和线性距离的放电源的声信号...     

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。     

基于F-P腔干涉的两段式光纤传感器

一般的传感器灵敏度高,但体积大,不便于封装。法布里-珀罗(F-P)腔型传感器结构简单、体积小和封装容易等优点获得了广泛关注。通过熔接2段不同折射率光纤,并将传感光纤包层去掉、浸泡在待测液体中,构成了F-P腔折射率传感器。传感器的最小分辨率为3.0135×10-4,传感光纤长度仅为15μm,尺寸远小于其它F-P腔干涉仪,并且对传感光纤长度精度要求很低,便于制造。     

基于F-P腔的光纤液位传感器系统设计

基于法布里-珀罗腔的光纤液位传感器具有成本低、体积小、灵敏度高、稳定可靠等优点,具有广阔的应用前景。基于这些因素,首先介绍了光纤液位传感器的基本原理。为了解决液位高度和方向变化的测量问题,利用条纹计数法和双光路判向法解调光纤液位传感器信号,然后提出了详细的设计方案。最后利用单片机仿真软件对系统进行了仿真,并分析了噪声对系统性能的影响,提出了屏蔽噪声的改进方法。     

级联FPI-MZI复合干涉光纤传感器双参数特性研究

为了实现工业生产过程中温度和溶液质量分数的同时测量和传感检测, 提出了一种由法布里-珀罗干涉仪(FPI)和马赫-曾德尔干涉仪(MZI)级联干涉结构构成的双参数传感器。该传感器由融合在一起的单模光纤(SMF)和空芯光纤(HCF)组成。采用同时测量FPI反射光谱和MZI透射光谱的特征波长位移的方法, 获得了FPI和MZI对温度和折射率的灵敏度差, 建立了传感器温度-质量分数灵敏度矩阵, 实现了传感器双参数的测量。结果表明, 在40℃~150℃的温度范围内, FPI的温度敏感度为10pm/℃, 而MZI的对温度不敏感; 在质量分数0.05~0.40的范围内, FPI对折射率不敏感, 而MZI质量分数灵敏度是232.3nm/RIU; 该传感器可以实现温度与溶液质量分数的同时测量。该研究为石油、化工、电力、钢铁、机械等加工行业中双参数的动态测量提供了参考。     

光纤Fabry-Perot超声传感系统设计与应用

设计一非本征光纤Fabry-Perot(F-P)干涉腔,采用优化方法确定干涉腔长度和两路输出光波长.建立基于双波长稳定技术的低细度光纤F-P传感系统,进行激光超声信号的检测.实验结果表明,该传感器检测微位移时灵敏度较高,达到0.468°/nm;可以有效检测试样中激发出的超声信号,在降低成本的情况下频响达到1.4 MHz.     

非本征光纤F-P干涉声传感器的研究

为研究不同材料对法布里-珀罗(F-P)干涉声传感器性能的影响。采用几种不同金属材料,设计制作了基于光纤端面—膜片非本征型F-P干涉声传感器,利用有限元方法对圆形振动膜片进行模态分析,得到了一阶固有频率。实验结果表明:由金、锌合金材料制作的传感器可探测较低声压,且传感器灵敏度较高、对外界声波信号响应成良好的线性关系。     

基于蓝宝石光纤的黑体腔瞬态高温传感器设计

介绍了一种将接触式和非接触式相结合的蓝宝石光纤黑体腔瞬态高温高温传感器,从黑体腔制作和微光信号探测方面进行了详细分析,最后给出了实验结果.实验结果表明,由于采用新型光电探测器和膜层材料,大大提高了传感器的测温范围和信噪比.该高温传感器的测试范围上限大于2 000℃,响应时间小于100 ms,能够满足科研和工业生产中特殊环境下的温度测量.     

一种新型金属封装的光纤法珀温度传感器

设计制作了一种金属封装的光纤法珀温度传感器，该传感器采用不锈钢毛细金属管代替传统的空心光纤对光纤法珀腔进行封装，毛细金属管在作为法珀腔腔体的同时也是温度敏感元件。采用该结构简化了光纤法珀温度传感器的封装工艺，理论分析和实验的结果表明，该金属封装结构使得传感器的灵敏度易于控制，对于腔长为10mm的温度传感器其精度达到±0.5℃。     

一种新型金属封装的光纤法珀温度传感器

设计制作了一种金属封装的光纤法珀温度传感器,该传感器采用不锈钢毛细金属管代替传统的空心光纤对光纤法珀腔进行封装,毛细金属管在作为法珀腔腔体的同时也是温度敏感元件。采用该结构简化了光纤法珀温度传感器的封装工艺,理论分析和实验的结果表明,该金属封装结构使得传感器的灵敏度易于控制,对于腔长为10mm的温度传感器其精度达到±0.5℃。     

用于强度解调型非本征法布里-珀罗腔光纤传感器的光电转换卡

利用双光路加参考臂的方法设计了运用于强度解调型非本征法布里-珀罗腔光纤传感器的新型光电转换卡,以有效地抑制或消除光源和光路中其他有源及无源器件的不稳定性对传感器精度和稳定性的负面影响。在26℃28℃的环境温度条件下,设计的光电转换卡短期不稳定性不大于0.0702%,测量精度好于0.1%。     

基于蓝宝石光纤传感器的瞬态高温测试及校准技术

构建了一种镀有陶瓷薄膜的蓝宝石光纤为传感器的瞬态高温测试系统。系统包括蓝宝石高温光纤、锥形高温光纤、耦合器、传输光纤及光电探测器件。基于Plank黑体辐射定律,分析了系统工作原理,并以MATLAB进行了仿真研究。将已标定过的高温钨铼热电偶(测温度范围为1000～2000℃)和蓝宝石光纤温度传感器同时置于乙炔焰热源所形成的恒温区域中进行静态标定,结果表明,测量范围从1200℃到2000℃,测量不确定度(精度)为1℃。以脉冲CO2激光器输出阶跃热信号为动态激励源,获得温度传感器的动态响应曲线,其时间响应达30ms,并且重复性非常好。运动乙炔焰模拟测试结果表明,高温测试范围可达2000℃,可用来对兵器及国防工业等诸多涉及燃烧和爆炸等过程的瞬态温度进行测试。     

光纤F—P和FBG传感器通用解调系统的研究

针对目前不同种类传感器在建筑结构及其工作环境进行实时监测应用上的实际情况,提出了一种利用可调F—P滤波器对光纤法珀传感器和光纤布拉格光栅传感器通用解调方案,研究了解调系统的组成和对传感器的解调原理．初步实验结果表明,系统能够对上述2种传感器进行解调,并具有复用能力,光纤法珀传感器的应变解调精度在2με以下,光纤布拉格光栅传感器解调精度在0．5με以下,是一种低成本、通用的解调系统．     

光纤法布里—珀罗传感器

阐述了目前作为光纤传感器研究领域中热点之一的光纤法布里－珀罗干涉传感器的起源与发展、结构特点及应用前景。     

基于FBG和F-P的温度和折射率双参量传感器

提出了一种由单模布拉格光栅和多模Fabry-Perot腔级联而成的温度和折射率双参量传感器。对多模光纤的末端采用氢氟酸进行腐蚀,在腐蚀后形成的凹陷处填充紫外胶,从而形成Fabry-Perot腔。Fabry-Perot腔和单模光纤布拉格光栅级联后,构成最终的传感结构。Fabry-Perot腔对温度和折射率敏感,而光纤布拉格光栅对温度敏感而对折射率不敏感。利用上述特性,采用灵敏度矩阵法可实现对温度和折射率的同时测量。实验结果表明,传感器的温度和折射率灵敏度分别为-0.4832nm/℃和-508.64pm/RIU。该传感器具有制作工艺简单、结构紧凑、成本低、灵敏度高的优点,有很好的应用前景。     

高温传输和传感器用的蓝宝石光纤

介绍了美国费城Drexel大学研究出来的多晶氧化铝包层蓝宝石光纤的两种制造方法。该种光纤可用于高温场合，如红外光的传输和高温传感器。     

基于光纤光栅F-P腔的一种新颖传感系统的理论研究

在对光纤光栅F-P腔的反射光谱特性进行理论分析的基础上,提出了一种基于弱反射率、长腔长光纤光栅F-P腔的新颖的传感系统,分析了两种适用于该系统的有效解调方法。讨论了系统参数对传感器性能的影响和系统的优化设计原则。理论研究表明,这种新颖的传感系统可实现温度的精确测量,具有很高的可靠性。