边孔光纤光栅的传感特性

报道了一种新型边孔光纤及边孔光纤光栅的研究结果。采用有限元法分析了边孔光纤内部的应力分布和双折射数值,并通过波长扫描技术对其双折射进行了测量,理论计算和实验测量结果表明双折射数值达到4×10-5。根据边孔光纤光栅两反射峰偏振态相互正交的特性,提出了一种基于偏振检测的波长检测方案对边孔光纤光栅的传感特性进行了测量。结果表明两峰中心波长间隔随温度变化的灵敏度仅有0.05 pm/℃,是普通单模光纤光栅温度灵敏度的1/184。提出了一种基于横向荷载压力增敏的新型边孔光纤光栅封装装置,使边孔光纤光栅双峰间距的压力灵敏度从5.6 pm/MPa增加到119.14 pm/MPa,增敏21倍,实现了温度不敏感的高灵敏度压力传感。     

不同粘贴方式的光纤光栅压力传感器的研究

理论上分析了光纤光栅的压力传感特性,并采用纵向和横向方式将光纤光栅粘贴在自 行设计、型号为ZXYCO1的平膜片上,并进行了加压和减压的高压实验。实验结果表明:纵向粘贴的光纤光栅压力灵敏度系数比横向粘贴的高几倍,其值分别为87pm /MPa和14pm /MPa左右,其测量精度分别为0. 2% F. S和1% F. S;光纤光栅的中心波长与压力变化有着良好的线性关系、重复性和较高的相关系数,适合于压力测量。     

基于膜片的光纤布拉格光栅压力传感器的研究

理论分析了光纤布拉格光栅的压力传感特性,给出了光纤布拉格光栅的中心波长与压力的关系以及压力灵敏度系数的表达式,并将光纤布拉格光栅纵向粘贴在自行设计型号为ZXYC01的平面膜片上进行了压力实验.实验结果表明光纤布拉格光栅压力灵敏度系数46 pm/MPa左右,其测量精度为0.5%F.S,而理论的压力灵敏度系数为51 pm/MPa左右,实验值和理论值基本相符,它们分别是裸光纤布拉格光栅压力灵敏度系数的23和26倍.同时发现光纤布拉格光栅的中心波长与压力变化有着良好的线性关系和很高的相关系数并且迟滞现象较小.     

基于结构化FBG传感阵列的温度及折射率测量研究

基于模式耦合理论,使用结构化光纤Bragg光栅(FBG)对蔗糖溶液温度和介质折射率进行测量,解决了外部介质折射率参数对温度测量的交叉影响。同时采用FBG传感矩阵进行分布式测量,可实现对非均匀溶液的温度和折射率测量。采用结构化FBG传感阵列的方式,实现了具有温度补偿功能的介质折射率分布式测量方案。温度测量灵敏度达到8.5pm/℃,介质折射率测量灵敏度达到5.42nm/riu。因此,采用结构化FBG传感矩阵对于解决化学生物传感器的多参数交叉影响和实现分布式测量具有一定意义。     

基于双光纤光栅的加速度传感探头结构的设计

分布式光纤光栅加速度传感技术对微弱振动测量分析及其故障诊断具有重要的实用价值。采用副载波调频、波分复用技术提出了一种分布式光纤布喇格光栅加速度测量系统,并进行了基于双光纤布喇格光栅的加速度传感探头结构的设计。该传感探头具有尺寸小,质量轻,不受电磁干扰等优点,有较高的测量灵敏度和分辨率,而且能自动消除温度噪声和相位噪声的影响。     

基于进口膜片的光纤光栅压力传感器的研究

分析了光纤布喇格光栅(FBG)的压力传感特性,给出了FBG的中心波长与压力的关系以及压力灵敏度系数的表达式,并将FBG纵向粘贴在富士公司生产型号为FBC 20WB2的膜片上进行了压力实验。实验结果表明粘贴在FBC 20WB2型膜片上的FBG压力传感器的灵敏度系数为0.376 nm/MPa左右,其测量精度在满量程范围内为1%,而理论的压力灵敏度系数为0.385 nm/MPa。同时发现粘贴在该膜片上的FBG压力传感器的中心波长与压力变化有着良好的线性关系和很高的相关系数并且迟滞现象较小,说明基于该膜片的FBG压力传感器非常适合于压力测量。     

用可调谐F-P滤波器实现分布式应变与温度同时测量系统

理论分析了FBG光纤光栅和长周期光纤光栅应变与温度同时测量的传感原理.在分析实现光纤光栅传感技术解调的基础上,重点研究了可调谐光纤F.P滤波器解调法.提出采用可调F-P滤波器实现分布式应变与温度同时测量系统的解调方案,较好地实现了多点应变与温度的同时测量.这种方法的测量精度较高,其中测量应变的灵敏度可以达到9με,测量应变的灵敏度为15℃.     

基于光频域反射原理的分布式光纤应变传感解调算法改进

利用光纤中的背向瑞利散射通过光频域反射原理实现整段光纤上的分布式应变测量.对应变解调算法进行了改进,采用二次互相关的方法实现了光纤的波长分辨率为5 pm,空间分辨率为2 cm.搭建了一套基于光频域反射原理的分布式光纤应变传感系统,对应变系数进行了标定,并实现了5m长光纤上的分布式应变测量,应变测量范围为50～500 με,应变分辨率为4.2με.改进后的算法克服了传统算法中波长分辨率和空间分辨率相互制约的缺点,能在保证波长分辨率的前提下提高空间分辨率,对该应变传感技术的后续研究具有一定借鉴意义.     

压电陶瓷在光纤光栅传感解调中的应用

光纤光栅(FBG)传感以其强大的优越性受到了社会的广泛关注,波长编码信号解调是实现光纤光栅多参量、多点分布式传感网络的关键技术.针对几种典型的光纤光栅解调方法做了简单介绍,重点分析了压电陶瓷在干涉解调系统中的调相测量作用.通过改变干涉系统的臂长差来产生一个动态的干涉信号,使干涉信号在时域上获得延伸,将包含被测传感信息的波长信号转变成相位信号;并用非平衡Mach-Zehnder干涉解调系统检测了应变信号,取得了较好的实验效果.实验测得系统的相位检测灵敏度为0.82 (° )/με,可用于静态应变和动态应变的检测.     

基于非对称F-P滤波器的光纤光栅解调技术

介绍了利用非对称光纤Fabry-Pérot（F-P）腔作为边沿滤波器的光纤光栅波长移位检测方案。基于薄膜干涉理论对该非对称F?蛳P腔的反射率响应关系进行计算与分析，得出该F-P腔的结构参数，改善了普通F?蛳P腔的反射特性，具有线性范围宽和线性度好的优点。利用该F-P腔的某一线性滤波边缘,将传感光栅的波长信息转化为功率信息进行检测，可完成光纤光栅的传感波长解调。采用该检测方案进行了光纤光栅应变传感实验,实现了在7 nm范围内的波长线性解调,测量波长分辨率为0.01 nm。     

高灵敏度光纤光栅水下压力传感研究

提出了一种新型的光纤Bragg光栅(FBG)压力增敏的边孔封装技术,分析了它的工作机理和制作工艺,并采用聚合物材料进行了实际制作.结果表明,封装后FBG的压力灵敏度为5 251 pm/MPa,是封装前压力灵敏度的1750倍,较大程度减小了压力增敏效果对聚合物材料参数的依赖性,可满足高精度水下压力测量的应用要求.     

单光纤光栅的温度、压力双参量测量分析

介绍了一种以悬臂梁为基底,单光纤光栅为传感元件,测量温度和压力的方法。并分析了温度和波长的非线性关系对测量结果的影响,给出了布拉格共振波长与温度的线性及非线性的适用范围。光纤光栅的裸光栅部分和预应变部分的波长与温度的的线性适用范围分别为： -11.2℃     

光纤光栅原油压力传感器实验及其可靠性研究

介绍并制作了一种光纤光栅高温高压传感器,它由三种金属管组成,中央的弹性金属管将液体的压力转换为管子的机械伸长,周围金属管的长度只随温度变化。光纤光栅的两端分别固定在中央管及周围管的末端,随着压力管内液体压力的增加,光栅的中心波长随之增加,实现了对液压的传感。对该传感器的温度补偿进行了分析,设计了具有相同温度系数的压力传感光栅与温度传感光栅。并对传感器进行了高压实验和高温、高湿存储实验。结果表明,这种压力传感器在0~50 MPa之间灵敏度为31.7 pm/MPa。经过200℃高温存储16 h,及100℃沸水浸泡6 h,波长没有观察到明显衰退现象。     

Temperature-Induced Instabilities in Macro-Bend Fiber Based Wavelength Measurement Systems

An investigation of temperature-induced instabilities in a wavelength measurement system based on macro-bend fiber filter used in the ratiometric scheme are presented. Two wavelength measurement systems based on macro-bend fiber, a standard low bend loss single-mode fiber filter based system and a high bend loss fiber filter based system are considered. In the case of a low bend loss fiber filter based system, the oscillatory variation in the ratio response with temperature and the difference in the temperature-induced ratio variation at different wavelengths makes the temperature corrected calibration of the system unfeasible, which is essential for precise wavelength measurements. The high bend loss fiber filter based system is more sensitive to temperature than the low bend loss fiber filter based system, but critically for the high bend loss fiber filter based system the ratio has a linear variation with temperature, which can be corrected by a suitable temperature calibration process. Comprehensive studies on the temperature dependence of both the macro-bend fiber filter system and its effect on wavelength measurements are presented in this paper.      

基于全同弱反射光栅光纤的分布式传感研究

利用弱反射光栅低反射率的特性,提出了基于全同弱布拉格反射光栅的分布式光纤传感方案。采用光波长时域反射解调技术,进行定位和解调,实现高密集度的准分布式传感。从理论上分析了光纤光栅反射率、光栅单元间隔以及传输损耗等对传感系统复用容量的影响。结果表明,这种方法可以有效提高光栅传感系统的复用容量,并降低信号解调成本。实验验证了该方案的可行性,系统复用了4个反射率为6%的光纤布拉格光栅(FBG),实现了单点、多点测量,温度测量的分辨力达到0.12℃。     

双倍布里渊频移的多波长掺铒光纤温度传感器

为了实现高灵敏度的光纤温度传感,提出并验证了一种具有双倍布里渊频移间隔的多波长掺铒光纤温度传感器。实验采用1558.214 nm波长的激光输出作为布里渊泵浦,经掺铒光纤放大器放大后再通过由2个三端口环形器和1段20 km的单模光纤构成的双倍频布里渊增益腔,其中单模光纤既是布里渊增益介质又是温度传感元。实验结果表明:在产生的7个高信噪比且稳定的双倍频下,得到的温度传感系数从2.186~15.328 MHz/℃可调,且最高阶斯托克斯波的温度测量误差为±0.322℃。     

光子晶体光纤高灵敏度压力传感特性研究

为了提高压力传感器的灵敏度，利用光子晶体光纤理论及其高双折射特性和可灵活设计的结构特点，设计了一种新型边孔高双折射光子晶体光纤压力传感结构。采用全矢量有限元法并结合COMSOL软件对传感结构的受力和模场分布进行仿真分析，获得压力传感特性随几何结构和自由空间波长的变化关系，通过优化设计得到最优结构参量，进一步获得高压力灵敏度。结果表明，在最优结构下，自由空间波长为1.55μm、压力为200MPa时，偏振相位灵敏度为166.2rad/(MPa·m)，所能施加的最大压力为720MPa，相位模式双折射灵敏度保持在4.1×10-5MPa-1左右。该研究对提高压力传感器的灵敏度是有帮助的。     

基于倾斜光纤Bragg光栅的横向压力传感器研究

设计了一种基于4°倾斜光纤Bragg光栅(TFBG)和弹 性 材料的横向压力传感器。利用TFBG光谱对周围介质折射率响应的特性,实现了 对较低压力范围(0~7N)的线性测量。采 用快速傅里叶变换(FFT)方法对光谱进行解调,测量灵敏度可达1920 a.u./(N/mm),线性拟 合度为0.998。研究了不同弹性材料对测量灵敏度的影响,实现对测 量范围和测量灵 敏度的调谐。本文传感器工作在反射光谱方式,易于集成(光栅区长度仅5mm),可以植入弹 性材料内部用于协调接触压力的测量。     

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.