保偏光纤传感器

本文是对保偏光纤传感器的设计原理及应用结果的概述。保偏光纤中传输的两基模,其位相差随外界物理量的变化而变化,根据这一原理设计了一个测量多种物理量的传感器。借助于该装置,用两种保偏光纤分别对压力、温度、应变等进行了测量,证明该装置的可行性,最后对装置作了进一步改进,提高了测量的灵敏度及可靠性,很有开发价值。     

保偏光纤应力自动测量装置

本文阐述应力型保偏光纤应力测量的原理和方法，即所谓光测弹性ＣＴ技术。简单介绍基于光测弹性ＣＴ技术研制成的应力自动测量装置，以及用这种装置对一种Ｂｏｗ—Ｔｉｅ保偏光纤的测量结果。     

基于保偏光纤的应力传感系统设计与测试分析

提出了一种基于保偏光纤的应力传感及测试系统,讨论了保偏光纤在外部应力作用理偏振态的变化情况.从理论上分析了该传感系统的工作原理,搭建了实验系统,对光偏振度变化情况进行检测,采用DSP系统对实验结果进行实时采集处理.通过对外处理结果进行分析,论证了保偏光纤应用于传感系统的有效性.     

保偏光纤定轴技术仿真研究

为了分析POL技术的成像特性,对保偏光纤POL定轴技术进行了仿真研究。介绍了POL技术定轴方法,利用LightTools软件实现了熊猫型保偏光纤的POL图像仿真。通过光线追迹,找到了所建熊猫型光纤模型的最佳观测平面位置,基于仿真图像特征提出了POL值的提取方法。为实际系统提取POL值提供了理论指导和依据。     

保偏光纤模场直径和数值孔径测试研究

基于光纤测量远场法原理测量光纤远场光强分布。通过改进远场法得到光纤的远场光强分布后,同时计算得到保偏光子晶体光纤的模场直径和数值孔径,使测量装置实现集成化和简便化。通过光束测试仪测量光纤的出射光强分布,光束测试仪测量的是光纤中心最大光强点的两个垂直方向上的光强分布。保偏光子晶体光纤的出射光斑是椭圆的,每个方向的模场直径、数值孔径分布并不相同。传统的测试方法不能解决这个问题。通过旋转光纤测量光纤各个方向上的光强分布,然后计算各个方向上的模场直径,最后通过拟合各个方向上的模场直径得到保偏光子晶体光纤椭圆形的模场分布。实验测得保偏光子晶体光纤椭圆光斑长短轴的模场直径分别为7.5μm和4.2μm,数值孔径分别为0.159和0.276。     

利用光纤偏振分束器和保偏光纤的传感解调系统

提出了一种利用光纤偏振分束器(PBS)和保偏光纤(PMF)中偏振模间干涉原理实现光纤布拉格光栅波长解调的方案,以提高光纤光栅传感解调系统的解调精度和稳定性。运用矩阵光学原理建立了数学分析模型,由此给出了系统输出信号与光纤光栅布拉格波长之间的关系。通过仿真分析,研究了保偏光纤长度、输入光相对于保偏光纤主轴的偏振角度和光纤偏振分束器主轴方位对系统输出信号的影响,明确提出了提高系统灵敏度的方法。根据设计方案搭建了实验系统,并进行了实验验证。结果表明:该设计方案可行,系统的波长分辨率1pm,测量精度1pm,温度可测量范围为90℃。该系统测量精度高,其稳定性优于利用M-Z型干涉仪的解调装置。     

保偏光纤对轴中的同轴度调节

由于保偏光纤对轴时须保证旋转的光纤始终在显微镜的焦平面内,故本文设计了保偏光纤同轴度调节系统用于调节光纤相对电动旋转平台旋转中心的位置。采用显微视觉和电动位移平台运动检测出光纤的中心轴与电动旋转平台旋转中心的距离,基于图像信息对二维手动平台实施调节,计算出调节后理论上的同轴度误差。结合显微视觉建立了实验系统。以电动平台旋转轴中心为原点建立直角坐标系,通过图像处理采用最小二乘法得到光纤中心线的直线方程,确定光纤中心与电动平台旋转中心的距离。将基于图像阈值的灰度差分函数作为清晰度函数,用实验方法确定其阈值,从而有效降低白噪声的影响。实验结果显示,经过调节的光纤和电动旋转平台的同轴度误差为3μm,能够应用在保偏光纤偏振轴的检测中。     

保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环的光学游标效应及温度传感器

为了实现高灵敏度的温度传感,通过在基于保偏光纤Sagnac干涉仪的Sagnac环内增加一段保偏光纤,控制两段保偏光纤快轴熔接角度接近45°,设计并制造了保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环结构。在理论上通过Jones矩阵推导了保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环的干涉谱公式,基于仿真分析研究了主要参数对保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环输出特性的影响。仿真结果表明,保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环实现了光学游标效应,两段保偏光纤的平均长度、两段保偏光纤的长度差分别影响保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环输出干涉谱的波长间隔和包络周期;在实验中,将保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环应用在光纤温度传感器中。实验结果表明,在2cm的感温区域,保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环温度传感器的灵敏度就达到了-2.44nm/℃,是普通Sagnac干涉环温度传感器(-0.163nm/℃)的14.97倍。     

保偏光纤耦合型铌酸锂晶体工频强电场传感器

随着我国特高压技术的发展,工频强电场的测量变得越来越重要.为了适应工频强电场时域测量的需要,基于Pockels效应,设计并研制了一种保偏光纤耦合型铌酸锂晶体工频强电场传感器.通过保偏光纤准直器耦合进行光输入和光输出,避免了起偏器、1/4波片等分离光学元件的使用,将传感器的光耦合效率提高到了 66.7％,并且通过将输入保...     

基于光纤的磁光克尔回线测试仪研究

快速准确地测量磁光材料的磁光克尔特性是磁光型记录材料研究的关键之一。提出了一种基于保偏光纤传输偏振光并进行小角度磁光克尔旋转角测量的方法 ,通过信号处理过程中的实时除法运算 ,有效地解决了光源光强不稳定性对测量结果的影响 ,具有光路调节快速方便 ,测试稳定可靠 ,可以在线自动测试的特点。     

提高光纤传感测量精度的方法研究

采用激光干涉原理实现了微位移光纤传感测量.通过对光学系统和光电检测系统的研究,总结出提高光纤传感测量精度的方法,文中对微弱光信号的相位调制,数字解理过程,给出了低噪声设计的理论依据,电路参数的选取原则和预放级设计的一般方法.系统微位移测试精度约0.05nm.     

光纤电流传感器的延迟光纤偏振串音误差

为了减小保偏延迟光纤偏振串音对光纤电流传感器测量精度的影响,利用琼斯矩阵研究了全光纤电流传感器的偏振耦合误差。简化了保偏延迟光纤的偏振串音模型,并基于简化模型得出了保偏延迟光纤偏振串音与输出的关系。通过理论仿真分别分析了在常温和变温条件下偏振串音对传感器变比的影响。对比实验结果与理论分析结论,验证了简化的偏振串音模型的合理性和仿真结果的正确性。测量了实际保偏延迟光纤偏振串音的温度特性,结果表明:在延迟光纤存在一定偏振串音时,光纤电流传感器的变比误差随电流的增加而增大;电流一定时,延迟光纤串音越高,光纤电流传感器的变比误差越大。最后,给出了满足光纤电流传感器0.2S级误差要求时延迟光纤偏振串音的允许波动范围。     

光纤隔离器隔离度偏振敏感性的实验研究

采用了 1 80°输入测量的新方法研究了光纤隔离器隔离度随着输入线偏振光偏振方向变化。并对其进行了详细的讨论与分析。研究的结果对于该类光纤隔离器的设计和测试具有一定的参考价值     

塑料光纤折射率计连续测量研究

本文对基于宏弯曲塑料光纤的折射率计的连续测量特性进行了研究.宏弯曲结构的曲率半径与光纤半径的比值决定了该折射率计的工作特性.由于聚合物材料具有一定的吸水性,导致该折射率计在连续工作时其结构参数发生改变.实验表明,浸没时间超过40 h,折射率计产生了7.3×10-5 RIU的测量偏差.这项研究指出,基于塑料光纤的液体传感器,在连续工作时必须对其吸水性问题加以考虑.     

基于分布式光纤测温技术的LNG泄漏监测系统

介绍了光纤拉曼散射效应测温和光时域反射定位的技术原理,针对传统点式测温传感器在实际应用中存在的漏检和定位不精确等问题,提出了基于分布式光纤测温技术的LNG泄漏监测系统,该系统采用双通道校正测量模式,提高了温度测量和泄漏定位的准确度,从硬件组成和软件功能两方面对该系统进行了详细的阐述。     

光学相干层析技术在光学表面间距测量中的应用

搭建了适于镜头中光学表面间距测量的实验装置,用于非接触高精度测量镜面间距.该装置以光纤型时域光学相干层析系统为基础,通过光学表面的层析成像精确测量其相对位置.对样品扫描装置进行了改进,利用高精度导轨移动光纤准直器来移动成像范围,实现对不同深度光学表面的层析成像.利用实验测量系统完成了对空气间隙样品及已装调好镜头的光学表面间距的测量,其中空气间隙样品的测量值为6.026mm,用游标卡尺得到的对比测量值为6.02mm;对镜头关键参数空气间隙的测量值为10.750mm,其设计值为(10.7±0.03)mm.实验系统误差为3.871μm,测量灵敏度为10.5μm.结果显示该方法具有非接触、高精度、高灵敏度的特点.     

Multiplexing optical fiber low coherence and high coherence interferometric system with large range and high resolution for on-line measurement

A novel optical fiber sensing system multiplexing low coherence interferometry and high coherence interferometry that is endowed with large range and high resolution and is stabilized for on-line measurement is presented. An optical fiber Michelson interferometer performing measurement task in the system works in both modes of low coherence interferometry and high coherence interferometry simultaneously by employing a broadband light source and a fiber Bragg grating as an in-fiber reflective mirror. The amplitude of the measurand is determined by the low coherence interferometry while the value of the measurand is measured by the high coherence interferometry. Another optical fiber Michelson interferometer which is incorporated with the one performing measurement task stabilizes the sensing system for on-line measurement by exploiting an electronic feedback loop to reduce the influences that are resulted from environmental disturbances. The measurement range is 6 mm and the measurement uncertainty is less than 2 nm.     

应用于定位的光纤振动传感技术的发展现状

利用光纤作为传感器提取沿途振动信号,通过对检测信号的处理和分析,可有效地检测和定位发生的故障或入侵行为等。分布式光纤振动传感器利用光波在光纤中传输时相位、偏振等对振动的敏感特性,连续实时地监测光纤附近的振动,并能够定位预防事故,有较好的应用前景。根据传感原理,分布式光纤振动传感技术可分为基于干涉原理和基于后向散射探测技术两类。该文主要从以上两个方面综述分布式振动传感器的主要技术和发展动态。     

双Mach-Zehnder光纤干涉传感系统中的偏振衰落控制

针对偏振衰落现象导致信号关联的二义性使分布式双Mach-Zehnder光纤干涉传感系统难以实现高精度定位的问题,提出了一种控制偏振衰落的方法来保持系统检测信号的稳定性.利用系统的偏振模型分析了偏振衰落的来源,指出传感光纤偏振特性的不一致使系统检测信号对输入偏振态敏感是造成信号相关性恶化的根本原因,据此提出控制输入偏振态、搜索偏振态工作点的抗偏振衰落思想.在此基础上通过分析输入偏振态的两个参量对信号相关系数的作用进一步明确了偏振控制对算法的要求,并利用模拟退火算法进行了验证.现场实验表明,该算法可快速搜索偏振态工作点,持续稳定系统检测信号的相关性;结果证实了提出的偏振衰落控制方法可行且有效.     

光纤流量非浸入式测试系统

提出了一种基于湍流振动原理的非浸入式流量测量方法。该方法通过在油管外壁缠绕特定长度的传感光纤,并在传感光纤两端焊接光纤光栅组成光纤流量传感单元。由于流体流过管壁时湍流产生动态压力,动态压力会导致缠绕在管壁上的传感光纤相位发生变化;通过光纤干涉仪技术、时分复用技术及相位载波调制解调技术解调出相位信息,即可实现流量的在线监测。实验数据分析显示,得到的相位变化与流速呈二次曲线关系,设计的实验系统可实现5~50m3/h流量的实时在线测量。由于采用光纤作为传感器感知流量信号,该方法结构简单可靠,灵敏度高,避免了传感光纤流量计需要浸入流场的缺陷,是井下流量测试的理想方法。