用于周界安防的光纤光栅振动传感系统研究

基于光纤光栅传感理论设计了一种应用于周界安防的低频振动传感器.采用商用解调仪OPD4000对传感器的灵敏度进行了测试,在10～100 Hz频率范围内,传感器灵敏度高于1 000 pm/g.基于非平衡迈克尔逊干涉仪相位载波调制(PGC)解调技术搭建了一套光栅传感器解调系统,实现对传感器低频振动信号的高精度实时解调,使得该系统可广泛应用于机场、监狱、油库、核场所等重要区域的周界安防中.     

光纤布喇格光栅应变传感器

介绍了基于芯内布喇格光栅的光纤应变传感器，讨论了有关的技术及其特点。     

布喇格光栅光纤氢浓度传感器的研究

提出了一种基于钯涂层布喇格光栅光纤的氢浓度传感器方案。金属钯在氢环境中能够吸收一定量的氢并使其体积膨胀,而布喇格光栅光纤在应力的作用下其有效折射率和周期发生变化,导致中心波长偏移,两者结合可实现对外界环境中氢的测量。建立了外界环境氢浓度同钯涂层布喇格光纤光栅波长偏移之间的关系,通过数值分析给出光栅光纤氢浓度传感器在不同氢浓度以及温度环境中波长偏移量,并分析了其特点。     

表面贴装光纤布喇格光栅应变传感器

导出了表面贴装光纤布喇格光栅传感器的波长一应变模式，理论分析与实验相符。     

光纤布喇格光栅应力增敏理论研究

提出了一种光纤布喇格光栅应力增敏的模型,推导了该模型的应力与光纤布喇格光栅中心波长相对偏移量之间的关系,以及增敏后的光纤布喇格光栅应力响应灵敏度系数的表达式,给出了该增敏模型的弹性模量计算公式,指出通过适当选择弹性体的弹性模量和尺寸,可以提高光纤布喇格光栅应力响应灵敏度。     

光纤光栅传感器的波长解调技术研究进展

光纤布喇格光栅(Fiber Bragg grating,简称光纤光栅:FBG)波长的解调是光纤光栅传感器应用的关键技术之一.在简单介绍光纤光栅传感原理的基础上,综述了近年来国内外多种光纤光栅波长解调系统的工作原理,分析了相应解调方法的优缺点,讨论了当前光纤光栅波长解调存在的技术难点,展望了其未来的研究方向.     

光纤光栅调谐特性的实验研究和分析

对光纤光栅的调谐特性进行了简单的理论分析和具体的实验研究，利用徽位移器(精度0．1μm)对光纤光栅进行纵向拉伸实验，实验中采用了先进的高分辨率光谱仪(分辨率为0．004nm)进行测试，实现了高精度的机械调谐和测试。实验结果比较理想，验证了理论分析的结果，两根光纤光栅分别实现调谐范围6．320nm和5．762nm，光纤光栅每拉伸约0．117％，Bragg波长位移1nm。同时发现，调谐前后的中心Bragg波长、反射率、透射谱几乎不变。     

基于边缘滤波法的光纤光栅振动传感器解调技术

为了满足各种场合中对振动信号监测的需求,基于长周期光栅的边缘滤波原理,设计了一种结构简单、低成本的光纤布喇格光栅振动传感器解调系统。系统在硬件部分采用双光路结构及低噪声光电转换电路,解调及显示软件基于LabVIEW平台开发。通过在可调谐振动台上试验,证明了系统能实现对振动传感器可用范围(0Hz~300Hz)内振动信号频率的解调,误差在3%以内。结果表明,振动加速度与模拟信号伏值成线性关系,拟合得到本系统的比例因子为0.94,拟合程度为0.9752,可对加速度在0~4.7g范围内的振动信号进行振动加速度解调。     

光纤布喇格光栅的低温特性

我们测量了光纤布喇格光栅在４．２￣３５０Ｋ温度范围内布喇格波长与温度的关系。室温时（２９３Ｋ）实测的波长与温度的关系对应折射率与波长的关系,为ｄｎ／ｄＴ＝９．１×１０＾－６／℃,这与熔凝氧化硅早期的测试结果一致,然而ｄｎ／ｄＴ值随温度的降低而减小,液态氮温度（７７Ｋ）时降为３．５×１０＾－６／℃,而液态氦温度（４．２Ｋ）时近似为零。埋置在复合材料中的光纤光栅布喇格波长的温度特性与非埋置光栅相同。     

全同FBG振动传感器在周界安防系统中的应用

为了解决在周界安防系统中基于FBG振动传感器波分复用方式下传感单元数量受光源带宽和解调限制的问题,同时也为了延长周界安防距离、降低系统成本、提高系统效率,提出了"全同光纤布喇格光栅(FBG)振动传感器"的概念,论述了全同FBG振动传感器在周界安防系统中应用的可行性,设计了实验方案,搭建了试验装置并给出了实验结果。实验证明,两个波长基本相同的全同FBG振动传感器接入后的波长灵敏度会有不同程度的损失,实验中6种组合12种连接方式波长灵敏度大于20pm的有10种,实践证明,经过筛选可以达到实际应用的要求,全同FBG振动传感器在周界系统的应用不但可以提高系统的容量,而且使FBG周界系统的成本大大降低,更具市场竞争力。     

FBG用于高频振动检测的实验研究

由于光纤光栅具有体积小、抗电磁干扰、抗腐蚀，易于构成光纤测量网络等性能，因而对在高频环境下材料力学性能测试拥有独特优势。为此，基于非平衡M-Z干涉仪的光纤光栅解调原理，设计了一套用于高频振动检测的光纤光栅测试系统。经实验证明该系统在10kHz频率以下有良好的频率响应。     

基于匹配滤波解调的光纤光栅振动传感器设计

为了弥补现有振动传感器的不足,在分析匹配光栅解调原理的基础上,设计了一种新型的光纤光栅振动传感器.该传感器采用了梁式结构,可以通过调节梁改变传感光栅的中心波长和传感器的固有频率,既可以实现匹配解调,又扩大了频率测量范围.通过标准信号测试实验,得出该光纤光栅振动传感器具有良好的频率检测性能,频率测量范围为0～200 Hz,在20 Hz、190 Hz检测的波形具有良好的信噪比.     

一种悬臂梁式光纤光栅振动传感器研究

针对悬臂梁式振动传感器进行了研究,主要阐述了传感器的工作原理与理论分析,并对传感器的幅频特性和灵敏度进行了实验研究。实验结果表明,振动传感器的固有频率为90Hz,传感器的灵敏度高达121pm/g(g=9.8m/s2为重力加速度),平坦区域为10～50Hz,振动传感器在低频范围内具有较好的频率响应。最后对传感器的悬臂梁进行了疲劳分析与优化改进,使悬臂梁的疲劳寿命提高了150%。     

利用预曝光技术制备复合结构光纤光栅传感器

报道利用预曝光技术制备的复合结构光纤光栅传感器。提出利用预曝光技术使某一小段光纤的折射率变大,而后在预曝光部分和未曝光部分的交接处一次性写入光栅,即可得到具有两个透射峰的透射谱。实验研究了该复合结构光纤光栅在温度和应力传感上的应用。实验结果表明,利用该复合结构光纤光栅可以实现温度与应变的同时测量。     

一种新颖的光纤光栅振动传感方法

提出了一种用普通F-P腔半导体激光器和与之纵模匹配的光纤Bragg光栅为传感单元的振动传感方法。设计一个特殊机构放大振动产生的应变，实验结果证明，它能够提高检测灵敏度，适合于远距离微小振动的检测。振动频率达到715Hz、输入振动驱动功率为2mW时，仍能检测到不失真的振动信息。文中讨论了影响频带宽度的主要因素。     

基于柔性铰链的FBG三维加速度传感器

针对振动测量中三维振动信号测量需要,基于柔性铰链设计了一种光纤光栅(FBG)三维加速度传感器。构建了传感器拾振机构的振动模型,介绍了传感器的结构模型和测量原理,推导了传感器谐振频率和灵敏度理论公式,建立了拾振机构的数学模型,并用MATLAB对传感器拾振机构关键尺寸参数进行优化设计。根据优化后尺寸制作了传感器,通过振动实验对其进行性能测试。实验结果表明：该传感器在X轴、Y轴和Z轴方向的谐振频率分别为673,667和1 376 Hz,工作频率区间分别为0～220 Hz, 0～220 Hz和0～450 Hz,灵敏度分别为72.3,70.2和83.1 pm/g。所设计的传感器具有较好的横向抗干扰能力,能够满足三维振动信号测量的要求。     

基于SoC的光纤光栅温度传感器

波长漂移量的精确检测是光纤光栅(FBG)传感器的关键技术.设计了基于芯片系统(SoC)的FBG温度传感器,通过控制激光器工作波长,跟踪锁定FBG反射波长,实现温度传感解调,具有信噪比高、可靠性好、成本低、硬件简单、软件灵活并具有智能化等优点,有良好的应用发展前景.     

Interrogating a Fiber Bragg Grating Vibration Sensor by Narrow Line Width Light

A method to interrogate fiber Bragg grating vibration sensor by narrow line width light is demonstrated. The interrogation scheme takes advantage of the intensity modulation of narrow spectral bandwidth light, such as distributed feedback laser, when a reflection or transmission spectrum curve of an fiber Bragg grating （FBG） moves due to the strain which is applied on the sensor. The sensor＇s response to accelerating frequency and amplitude is measured by experiment. The factors which have impacts on the sensitivity of the interrogation system are also discussed.