光纤SPR传感器的信号检测及处理

光纤表面等离子体共振(SPR)传感器是目前应用在环境介质检测和生物大分子检测等方面的新型、高精度传感器。首先,以表面等离子体共振传感理论为基础,对系统检测结果进行数据处理,得出采用均值估计的线性模型。在不同时刻与相同环境介质下,检测某一溶液的十组光谱数据并进行均值估计,从而得到有效的共振波长。其次,利用小波分析方法进行信号处理,校正了噪声产生的漂移,对光谱信号压缩处理,以提高检测精度。再通过Matlab进行模拟仿真优化传感系统性能。并对不同折射率溶液如蒸馏水、酒精等进行检测,得到了良好的光谱响应曲线,证明了在检测范围内折射率和共振波长之间具有良好的线性关系。     

基于Otto结构的光纤SPR微位移传感器

提出一种基于Otto结构的高灵敏度光纤表面等离子体共振(SPR)微位移传感器。通过有限元分析软件COMSOL Multiphysics ULTIPHYSICS对该传感器的传感特性进行了理论数值研究,分析了表面等离子体共振波长与位移变化的关系。     

基于复合膜的双通道光纤表面等离子共振传感器

基于表面等离子共振的原理,设计了一种基于复合膜的双通道光纤表面等离子传感器。利用FDTD Solutions仿真软件分析了传感器的电场传输模式,比较了单层金属Ag膜与Ag-ITO复合膜的性能,并对比分析了单通道与双通道结构。结果表明:采用Ag-ITO与Au-TiO₂复合膜的双通道结构在灵敏度和品质因数等各项性能上要明显优于传统单层金属膜与单通道结构。设计的传感器不仅可以通过两条传感通道共振偏移范围的高区分度来解决共振波长的串扰问题,而且双通道结构中一条传感通道也可以作为参考通道为传感器提供自补偿能力。     

D型环光子晶体光纤表面等离子体共振传感器

提出了一种中红外波段宽范围低折射率检测的D型环双芯光子晶体光纤表面等离子体共振传感器。该结构为一个D型环,并在其内外表面都沉积一层金属层。采用全矢量有限元方法分析了该传感器的性能。结果表明,该传感器可以在中红外波段实现低折射率传感,并具有高传感灵敏度特性。分析物的折射率可检测范围为120～138,平均波长灵敏度和最大波长灵敏度可分别达到13717nm/RIU和21150nm/RIU,分辨率可达到194×10-5 RIU。该传感器可在化学、生物以及环境检测等领域有重要的应用。     

双通道抛物线型多模光纤位移传感器输出特性

本文根据稳态输入条件下光纤输出光强的远场分布导出了发射光纤折射率为抛物线型分布时,双通道非对称光强反射式位移传感器的输出特性参量ф与移位d的关系,理论计算和实际测量的表明,输出特性曲线不存在所谓的光峰结构,输出特性参量φ与位移d是一一对应的单值关系。这种光纤位移传感器的灵敏度仅决定于传感器的结构参数,与不纤中传输的光强无关。改变传感器的结构参数即可改变传感器的测量范围和灵敏度。     

两类典型光纤型SPR传感器的理论模型比较

针对基于SPR效应的两类典型光纤型传感器:传统型包层腐蚀的镀金属多模光纤传感器、新型镀金属单模光纤光栅传感器,指出其不同的SPR模型处理方法及传感特性。首先,根据传统型SPR光纤传感器的结构特点,利用平板SPR理论给出反射谱特性,同时指出并证明薄膜光学理论在平板SPR结构中与平板SPR理论的等价性。其次,针对新型SPR光纤光栅传感器结构特点,依据模式耦合思想,结合SPW模式特征,提出了光纤光栅SPR结构的理论处理方法,得到了镀金膜三包层LPFG结构的透射谱。最后,对基于SPR效应的两类典型光纤型传感器的传感特性进行了比较分析,结果表明,两类传感器对环境折射率均具有较高的分辨率,但新型光纤光栅SPR传感器的分辨率高出传统SPR光纤传感器3个数量级。     

光纤SPR传感器测量液体折射率的研究

通过一套基于表面等离子体波共振(SPR)效应的新型光纤传感系统，对三种具有相同折射率而类型不同的液体介质进行测试。通过研究SPR传感探头在四种不同液体介质中的光谱输出特性，获得SPR光谱共振波长、最小光强反射率随液体折射率、类型不同而改变的特性。这些工作为下一步使用光纤SPR传感探头进行复合材料的固化监测以及加工成型后的应变检测提供了依据。     

基于SPR光谱分析的液体折射率计

为了更好地测量液体折射率,提出了一种基于表面等离子共振波长测量液体折射率的方法,采用Kretschman结构建立了模型,进行了软件仿真,并搭建实验平台进行了实验研究,分析了实验和理论之间的误差来源。结果表明,当折射率在1.33RIU~1.36RIU的范围内变化时,表面等离子共振吸收峰随液体样品折射率的变化产生了频移,其灵敏度可达4808.94nm/RIU。该方法可以准确测量液体的折射率,且系统结构简单,具有较高的灵敏度。     

基于光纤SPR传感器水中盐度的测定

论述了检测系统和基于拉锥技术的光纤表面等离子共振(SPR)传感器的详细设计.制定了基于SPR的光纤传感器检测水样品的盐度的比较方案,以满足一些实践需求,诸如精度,速度快,小尺寸和高灵敏度折射率单位(RIU).利用Matlab和C++仿真得到了每个参数对光纤拉锥SPR传感器系统设计性能的影响,这为设备参数的合理选择提供了理论依据.设计了一种新的检测系统,将光学、机械和电子技术相结合.根据拉锥技术、模场分析理论及初步实验结果表明,该装置基本上达到了设计要求,如小巧、便携、良好的线性度和高度单位折射率.基于这个新设备对具有不同的盐度的NACL-水混合物进行了SPR实验,实验结果表明,可以实现对单个样品的精确检测.其谐振波长分辨率可以达到0.15 nm,同时,该检测结果具有较高的线性度和良好的稳定性,折射率(RI)检测偏差小于0.002.     

光纤气体传感检测技术研究

光谱吸收型光纤气体传感器可以实现对气体的准确、快速、高灵敏度的检测,结合原理和典型系统综述了五种检测方法,其中单波长光谱吸收检测、差分检测、谐波检测技术发展得比较成熟,并且开始应用在石油化工等领域,而光腔衰荡光谱技术（CRDS）和有源腔气体检测技术是近几年刚兴起的新技术,具有实际吸收光程长,检测精度不受光源强度及其变化影响的特性,是很有发展潜力的光谱吸收检测技术。     

Research on SFTS structure based optical fiber sensor

A single-mode-few-mode-thin-core-single-mode (SFTS) structure based optical fiber sensor is fabricated and experimentally studied. The sensing principle relies on the inter-modal interference. Since the core diameter of few-mode fiber (FMF) is larger than that of single-mode fiber (SMF), the FMF helps to allow more light to enter the cladding of thin-core fiber (TCF), which helps TCF to excite cladding modes. The interference between core and cladding modes in TCF occurs at the joint of lead-out SMF and TCF. Experimental results demonstrate a refractive index (RI) sensitivity of ?103.34 nm/RIU and a temperature sensitivity of 0.05 nm/°C. The proposed sensor not only can measure temperature, but also can measure RI. In addition, the proposed sensor is simple for without complicated fabrication process.     

Integrated optical SPR sensor based on mode conversion efficiency

A novel type of integrated optical surface plasmon resonance (SPR) sensor is proposed, for which the operational principle is based on the launching efficiency of eigenmodes in the sensor head. The sensor comprises an inverted-rib-type dielectric waveguide, a portion of which is covered with a thin gold layer. Eigenmodes in the sensor head are coupled modes of a surface plasmon polariton and a dielectric guided wave. The excitation efficiency of the coupled modes varies significantly depending on the refractive index of the analyte medium on the sensor head. Following this principle, the transmission coefficient of light through the sensor head can be used as a sensitive measure of the variation in the refractive index of the analyte medium.     

光纤传感器的研究进展

本文首先概述了光纤传感器的研究状况,其次分析了基于Mach-Zehnder干涉仪的光纤传感器的工作原理,然后简单的介绍了它在土木工程中的应用及安装工艺,最后对光纤传感器的发展进行了展望.     

基于梳状滤波器的光纤甲烷传感器的研究

采用基于Sagnac的保偏光子晶体光纤(polarization-maintaining photonic crystal fiber,PM-PCF)滤波器,将宽带光源精确匹配甲烷气体在近红外波段的几个吸收线谱.设计出一个简单合理的多反射气室,使得光源和甲烷气体之间能够充分相互作用,提高了系统的灵敏度.同时,在测量甲烷气体浓度时,加入乙炔气体作为干扰,通过实验验证了该方案能够有效减缓交叉气体的灵敏度.     

新型超远程分布式光纤拉曼温度传感器

基于光中继传感技术提出一种超远程分布式光纤拉曼温度传感器方案,采用在分布式光纤传感器的多段传感光缆之间嵌入多级光中继放大传感装置的方式,利用中继放大传感装置的增益克服光纤损耗,增强了光纤中自发拉曼散射光的强度,传感光缆分段分时进行测量.当在多段传感光缆之间引入N个远程光中继放大传感装置进行级联时,可实现分布式光纤传感器...     

用于分布式光纤传感系统的混合算法研究

在基于马赫-曾德干涉(MZI)原理的分布式光纤 扰动传感系统中,为了减小由于偏振态退化引起的定位误差, 提出了一种基于模拟退火混沌粒子群(SCPSO)算法的偏振控制算法,阐述了算法的优化过程 。理论分析和实验结果 表明,相对于优化前的智能优化方法,优化后的方法提高了收敛效率和收敛精度, 并有效提高了系统定位精度,使得系统定位误差控制在±10m以内 ,完成优化所需迭代次数小于9次。     

光纤多参数传感器研究

基于光纤Bragg光栅(FBG)检测原理,研发了适用于地下空间安全监测应用的光纤风速、温度、湿度等多参数传感器。光纤风速传感器基于激光致热光纤热线式流量检测原理,对于低风速有较高的灵敏度,风速从0变化到0.5 m/s时,FBG波长变化量为800 pm,采用解调精度为1 pm的光纤光栅解调仪,风速分辨率为0.7 mm/s。光纤湿度传感器通过在FBG光栅表面均匀涂覆湿度敏感的聚酰亚胺溶液,湿度变化导致光纤应变变化进而实现湿度测量。对新型光纤光栅温湿度传感器的性能参数进行测试,实验测试结果显示,传感器监测灵敏度为4.2pm/%RH,检测精度小于±3%RH。     

一种新型光纤加速度传感器的研究

基于光强调制原理以及耦合效率与纵向偏移距离 的关系,设计出了一种新型的光纤加速度传感器,突破传统 加速度传感器检测技术要求,实现高精度、高灵敏度以及具有快速响应能力。在发射光纤发 射光功率不变的情况下, 接收光纤的位置随系统振动而上下微动,从而导致接收的光功率发生变化。实验得到了在接 收光纤位移量由0～40μm变 化范围内接收光功率的变化规律和光功率随位移变化的拟合曲线。当接收光纤位移量为0时 ,两根接收光纤接收到的光功率大小相等;当位移量达到40μm 时,两根接收光纤的光功率差达到最大,模场分布差别最明显。实验研究了光 纤加速度传感系统的频率响应特性,得到了光纤加速度传感器频率响应特性曲线。在同一 实验平台上,通过与标准加速度计的测量数据对比,验证了本文光纤加速度传感器测量性能 的有效性和可靠性。     

光纤传感器实验系统的研究与实现

叙述了光纤传感技术和光纤传感器工作原理,详细介绍了光纤传感器实验系统的组成,对光纤传感实验系统主要的实验项目进行了较全面的理论分析与实验研究.其中,光探测器i-P特性测试实验获取被测光探测器的i-P曲线及其响应度的方法比较独特.