FBG温度灵敏度及增敏技术研究进展

研究了光纤布拉格光栅（FBG）的温度传感机理及特征参数对温度灵敏度的影响.针对国内外光纤光栅温度增敏研究的几大方向,分别从光纤光栅的材料选择、写入方法、封装材料和封装工艺等方面,进一步详细分析了光纤光栅温度传感器增敏技术的发展趋势.     

基于FBG对的低加速度灵敏度拖曳声纳阵水听器

拖曳声纳阵列要求水听器在进行变速运动时不影响对水声压力信号的正常探测,这就要求水听器具有很高的抗加速度能力.为此介绍一种利用光纤光栅设计制造的对加速度不敏感而对水声压力信号具有高灵敏度的光纤水听器的实验研究结果.研制的光纤水听器声压灵敏度约为-140 dBrad/μPa,在25～6 300 Hz频率范围内具有平坦的声压...     

含涂覆层长周期光纤光栅温度特性研究

提出在含涂覆层的标准通信光纤中用800nm红外飞秒激光直接写入了长周期光纤光栅（LPFGs）。从理论上分析了光纤涂覆层对于纤芯基模和包层模有效折射率的影响,并进一步研究涂覆层对LPFGs温度灵敏度的影响。分别对制作的去除涂覆层和含涂覆层LPFGs的低阶包层模进行了温度特性实验。结果表明：涂覆层的存在不仅能成为LPFGs理想的保护层,更重要的是将LPFGs的温度灵敏度提高到0.1173 ,与理论分析吻合。这种含涂覆层光纤光栅若作为温度传感器,将有着良好的机械强度和温度灵敏度。     

封装材料性能对光纤布拉格光栅温度灵敏度影响分析

光纤布拉格光栅封装后其温度灵敏度与裸光纤光栅有很大不同,这是因为封装材料的性能参数(包括泊松比,弹性模量,热膨胀系数及封装厚度)与光纤光栅的材料性能参数不一致造成的.理论分析了封装材料性能参数对光纤光栅温度灵敏度的影响.讨论了化学镀镍FBG的温度灵敏度公式,理论分析并用实验证明了镀镍层厚度与温度灵敏度的关系,理论分析得到化学镀层厚度分别为2.315μm、16.655μm、85.255μm的镀镍FBG的温度灵敏度依次为12.840 6 pm/℃、17.9784 pm/℃、20.202 9 pm/℃,实验值依次为12.313 pm/℃、17.1pm/℃、20.024 pm/℃.理论值与实验值基本一致.     

光纤光栅传感器温度与轴向应变灵敏度的研究

文章对Bragg光纤光栅(FBG)与长周期光纤光栅(LPFG)的温度、应变传感灵敏度进行了详细的理论推导和分析,得出了一些重要推论,对光纤光栅在传感器领域中的应用具有一定的引导作用．     

FBG位移和温度双参量传感实验研究

采用一种新颖的等强度梁FBG传感结构，将光纤光栅沿梁的轴向粘贴在传感梁上，并确保光栅的一半粘贴在梁上，另一半则沿梁的轴向呈自由状态。通过两部分光栅对梁自由端位移和环境温度的不同响应，实现温度和位移的同时测量，测量误差不大于4％。通过多次实验验证，所得实验结果与理论分析相符合。     

基于游标效应的FBG阵列灵敏度增强研究

为了提高光纤布拉格光栅(Fiber Bragg grating,FBG)的温度和应变灵敏度,我们提出了一种基于游标效应的FBG阵列光纤传感器。该传感器由Lyot干涉仪(Lyot interferometer,LI)和FBG阵列级联而成,LI作为游标效应的参考干涉仪,具有相同反射率和波长间隔的FBG阵列作为游标效应的传感部分。游标效应是由LI的FSR(Free spectral range,FSR)和FBG阵列的等波长间隔之间的微小差异引起的。LI由两个起偏器和一段熊猫型保偏光纤(Polarization-maintaining fiber,PMF)组成。我们通过仿真证明了LI和FBG阵列之间产生了游标效应。通过实验研究了不同保偏光纤长度情况下传感器的温度和应变响应,在LI的FSR为1.76 nm的情况下,该传感器的温度灵敏度为-241.60 pm/ ℃,应变灵敏度为-13.42 pm/ ℃。该混合级联结构最突出的优点是通过改变LI的FSR或是FBG阵列的波长间隔就可以轻易改变FBG传感器的温度灵敏度和应变灵敏度,具有较强的灵活性。该传感器为提高FBG传感能力提供了一个新思路。     

光纤布拉格光栅温度和应变交叉灵敏度的实验研究

测量了光纤布拉格光栅(FBG)在-150～550℃范围内中心反射波长对应变的依赖关系,得到了光栅的温度和应变交叉灵敏度系数。结果表明,不论是在低温环境还是高温环境,当光纤所受张力小于6000με时,波长变化与应变大小呈线性关系;光栅的应变灵敏度系数和交叉灵敏度系数是温度的函数,温度越低,应变灵敏度系数越大,交叉影响越显著。     

镀Ni光纤布拉格光栅温度灵敏度分析

为了研究镀Ni光纤布拉格光栅(FBG)的温度灵敏度,根据镀Ni FBG的特点,分析了镀Ni FBG温度变化时的应力应变,从理论上推导出镀Ni FBG的温度灵敏度公式并通过实验进行了验证,用理论证明了镀Ni FBG的波长漂移、应力和应变与温度变化成线性关系,分析了镀Ni FBG的温度灵敏度与镀层厚度的关系.用ANSYS软件对镀Ni FBG在温度变化时的应力应变进行了仿真.理论分析得到镀层厚度为4.56 μm的镀Ni FBG的温度灵敏度为14.3306 pm/℃,实验值为14.113 pm/℃.理论、实验和仿真得到了一致的结果.     

带温度补偿的新型光纤布拉格光栅水听器

本文研究了一种新的带有温度补偿功能的光纤布拉格光栅水听器封装.这种水听器的传感机制在于将水下声压信号转换为圆形薄板的轴向弹性振动,通过弹光效应实现光纤光栅中心波长的瞬时改变,从而对经过光纤布拉格光栅(Fiber Bragg grating,FBG)的反射光信号实现幅度调制.对2.5～12 kHz水声频率范围进行了实验测...     

FBG应变传感器温度交叉敏感补偿技术研究

光纤光栅传感器目前在工业上对高温压力管道表面的应变监控有着广泛的应用。但由于存在应变和温度的交叉影响,使传感器的测量精确度受到了一定的限制,不能满足工业实际需要。通过分析FBG应变传感器的基本工作原理,针对FBG的应变、温度交叉敏感问题,提出并采用了二元回归分析算法来实现FBG应变传感器的温度补偿模型。由计算机程序运行结果和实验结果表明,利用二元回归分析法对FBG应变传感器进行数据融合处理后,温度灵敏系数由2.74×10-2/℃降低为9.16×10-5/℃,温度的交叉敏感性得到明显改善,可满足高温压力管道应变测量的实际测量要求。     

光纤光栅二次涂敷封装温度特性的研究

系统研究了二次涂敷封装方案对光纤光栅（FBG）温度特性的影响。在对裸FBG温度特性进行研究的基础上,建立了FBG二次涂敷封装的双层温度模型,分析了涂敷材料的力学特性参量对涂敷后温度特性的影响。研究结果表明,高杨氏模量、高泊松比、高热膨胀系数以及大涂敷厚度有助于提高涂敷后FBG的温度灵敏度。采用聚合物材料对FBG进行了二次涂敷实验,结果表明,涂敷后的温度灵敏度为66pm／℃,与理论计算数值68．9pm／℃基本吻合,验证了双层涂敷模型计算方法的可行性。     

基于单片机的新型FBG公路车流量监视系统

利用光纤Bragg光栅（FBG）中心反射波长对应力变化灵敏度高的特性,研制了一种新型的FBG公路车流量监视系统。该系统由2个FBG传感器按照一定的串接方式组合而成,利用光电转换器件与单片机的接口技术将系统前端输出的光信号转化成电信号,再用单片机编程实现数据的处理及分析。从理论上分析了该识别系统的工作原理,通过实验研究,证明该系统的车辆识别准确率达100％。该系统具有抗潮湿、抗粉尘和抗电磁干扰的优点,有望进一步推广,替代现有的电子类监测设备。     

利用DIRECT算法设计基于FBG延迟线的微波光子滤波器

将DIRECF全局优化算法应用于微波光子滤波器的设计中,用C语言实现该算法来得到抽头系数,利用MATLAB对滤波器幅度响应进行仿真,分析了FBG反射系数搜索范围、抽头系数为正且具有对称性时对滤波特性的影响,并进行了优化设计,仿真结果表明了这种算法的可行性和有效性．     

一种新的灵敏度可调谐FBG解凋技术

实验研究了一种基于机械微应变引入长周期光纤光栅(LPFG)的灵敏度可调谐的光纤布拉格光栅(FBG)应变传感系统.利用机械线加工技术设计了周期性压力槽,通过螺旋微位移结构定量推进弹簧进而对光纤施加径向压力,写制出谐振峰值可调谐的LPFG.紫外激光写入技术制作的FBG的波长位于LPFG的谐振边带范围内时,利用该LPFG作为透射滤波器实现了一种新的灵敏度可调谐FBG应变传感系统.实验分析了施加在LPFG上的压力由20 N调节至60 N时对FBG施加O～3000με的灵敏度可调谐传感实验结果,FBG传感系统光功率变化率由0.802 nW/με增加到1.204 nW/με.     

基于翼表温度测量的光纤Bragg光栅传感器研究

根据可变体机翼翼表温度检测范围-60～+80℃的要求,提出了一种基于铝板片封装的光纤Bragg光栅(FBG)温度增敏传感装置.该装置采用耐高温环氧树脂胶将FBG粘贴在铝板片U槽中,并预热60℃、保持30 min以保证FBG温度传感增敏装置线性和重复性.研究及试验结果表明,在翼表工作环境温度范围内,该模型理论与实测温度灵敏度分别为28.16 pm/℃和29.03 pm/℃.与裸光栅相比,其增敏倍数分别为2.540倍和2.636倍,增敏倍数误差为3.78％,反射波长与温度的线性度达到0.999 3.因此,在翼体工作环境温度范围内尤其低温环境-60～0℃间,该温度增敏传感装置能满足检测所需精度.     

一种高灵敏度光纤Bragg光栅温度传感器

设计了一种基于光纤Bragg光栅(FBG)的高灵敏度温度传感器,分析了它的温度传感特性。该温度传感器的灵敏度为0．474nm／℃,是裸光栅的45．9倍;线性度为0．9988;通过调节有关参数可进一步提高或选择合适的灵敏度;通过改变参数可以调节该传感的传感区段,可用于常温下的温度测量。     

基于反射谱带宽展宽的FBG温度补偿压强传感

利用平面圆形膜片应变调谐的特点,采用膜盒式结构,将光纤Bragg光栅(FBG)沿径向贴于平面圆形膜片,利用反射波的带宽对压强敏感而对温度不敏感的特性解调压强,成功实现了温度补偿的压强传感测量.基于光谱分析仪(OSA)的0.05 nm分辨率,实验可得到测量系统的带宽随压强变化的灵敏度为0.28 nm/MPa,压强分辨率为±0.18 MPa,压强动态测量范围可达0.0～7.2 MPa.实验结果与理论分析相符.