利用掺铒光纤光栅实现应变测试中的温度补偿

为实现光纤光栅应变传感器使用中的温度补偿,设计并制作了掺铒光纤光栅测试系统,利用光纤光栅解调仪和高速数据采集卡分别测试了掺铒光纤光栅的布拉格波长及荧光寿命.通过测量在不同温度及应变作用下的光纤光栅布拉格波长及掺铒光纤荧光寿命,并对实验数据进行线性及非线性拟合,得到了掺饵光纤光栅的温度及应变响应测试结果.测试结果显示利用掺铒光纤光栅可以实现应变测试中的温度补偿,在不同测量范围内选择不同的拟合算法可以提高测量精确度.     

一种新型的光纤光栅应变传感器解调方法

为判断作用在传感光栅上的轴向应变,提出了一种光纤光栅应变传感解调新方法。该方法基于光纤光栅匹配滤波技术,使解调光栅受压电陶瓷驱动,对传感光栅反射光波进行波长扫描,将应变引起的传感光栅布拉格反射波长的漂移,变为解调光栅透过的负脉冲在时域中的间隔变化。该系统的传感灵敏度实验值89.132×10~(-6)ε/ms与理论值85.470×10~(-6)ε/ms基本吻合。     

基于C形弹性管的光纤光栅压力位移传感测量

设计了一种基于C形弹性管的光纤布喇格光栅传感结构．用管内过剩压力使弹性管的自由端产生位移和管表面产生的应力对光纤布喇格光栅反射波长进行调谐．得到了光纤布喇格光栅反射波长变化对应于压力和自由端位移的线性关系．在0～6MPa的压力范围内,光纤布喇格光栅反射波长随压力和位移均呈线性变化且压力和位移的传感灵敏度分别达到0.0305nm/MPa和0.0359nm/mm,线性调谐范围分别为0.183nm和0.215nm,波长分辨率分别为3.05pm和0.718pm．     

光纤Bragg光栅全光调谐滤波器

针对非线性特性对光纤布拉格光栅禁带的影响进行了研究;对光栅在非线性作用下所呈现的Bragg波长偏移特性作了理论分析。仿真结果表明,随着输入信号功率的增大,光栅的布拉格波长向长波方向移动,反射峰值下降,反射带宽变窄。基于此原理提出了一种新的全光可调谐滤波方案,并对不同光栅参数下的输出波形和反射谱特性进行了比较。该方案通过控制光实现了对光纤布拉格光栅固有波长的调节,从而实现了全光可调谐滤波,仿真结果表明脉冲形状保持良好。     

长周期光纤光栅应变特性的理论与实验研究

对长周期光纤光栅传输谱谐振波长的应变特性用耦合模理论进行研究,推导出谐振波长应变灵敏度的解析表达式。详细分析了影响谐振波长应变灵敏度的各种因素,并进行数值模拟,结果表明,可以通过选择具有合适纤芯与包层弹光系数匹配的特种光纤,从而制作出谐振波长对应变敏感或者不敏感的长周期光纤光栅。用高频CO2激光脉冲(20 kHz)结合三束对称写入技术在普通通信单模光纤中制作出长周期光纤光栅,并进行应变特性测试,测试结果表明,谐振波长和峰值损耗均具有线性响应的应变特性,灵敏度分别约为-0.66 nm/mε和0.69 dB/mε。基于传输谱线性响应的应变特性,长周期光纤光栅可用来制作光纤光栅应变传感器,由于峰值损耗对温度不敏感,因此在高温应变传感领域能发挥重要的应用价值。     

基于光纤布拉格光栅的流量测量方法

为了实现液压管路流量测量的需求,提出了一种使用固支梁作为流量转换单元的光纤光栅流量测量方法。为了克服单个光纤布拉格光栅传感器对温度交叉敏感的问题,设计出了一种基于双光纤布拉格光栅的流量测量结构。固支梁由芯杆和套管套合而成,两根光纤布拉格光栅穿过芯杆的凹槽,两端采用耐高温胶固定封装。用有限元软件对管路及传感结构周围的流体进行了模拟分析,同时进行了砝码加载实验、温度实验和液压管路实验。封装后的传感器的载荷响应灵敏度为0.990 7nm/kg和0.881 5nm/kg,两根光纤布拉格光栅对温度的灵敏度几乎一样:0.028 7nm/℃和0.025 9nm/℃,所以可以消除温度对流量测量的影响,由于实验系统的影响,该流量传感器的测量范围为0.001 7～0.6L/s。结果表明,该结构能够有效地消除温度和应变交叉敏感,特殊的封装结构避免了光纤布拉格光栅受流体的腐蚀,对载荷具有较好的线性度和灵敏度。     

光纤布拉格光栅监测系统在现场监测混凝土挡土墙早期性能中的应用（英文）

应用光纤布拉格光栅温度传感器和应变传感器现场监测了混凝土挡土墙浇注早期的变形和温度变化情况。由于光纤布拉格光栅同时感应温度和变形,需要用布拉格光栅温度传感器对应变传感器进行温度补偿。监测结果表明,光纤布拉格光栅监测系统适用于混凝土早期性能的现场监测,通过与普通传感器监测结果对比,光纤传感器的结果更稳定,准确,且该监测系统可继续对混凝土结构的中长期性能进行实时监测。     

基于光纤布拉格光栅和放大基片的高灵敏度微位移传感器（英文）

提出了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)的微位移传感器。该器件由一对中心波长不同的光纤布拉格光栅和一个杠杆结构的金属衬底组成,布拉格光栅采用飞秒激光相位掩模法制作。被测物体的位移由杠杆结构放大,并转换为布拉格光栅的轴向拉力。通过理论分析和有限元模拟获得的放大系数分别为2.67和2.5。实验结果表明,在0至50μm范围内,光纤光栅中心波长的偏移与被测物体的位移呈线性关系,位移灵敏度达到121 pm/μm。级联的布拉格光栅可用于温度补偿。     

一种新型光纤光栅倾角传感器的研制

光纤光栅倾角传感器具有抗电磁干扰、耐腐蚀、化学性能稳定、传输损耗小等优点,但现有的光纤光栅倾角传感器的测量分辨率低、寿命低、体积大等缺点,限制了其在土木工程监测中的广泛应用。基于此思路,提出了一种新型的光纤光栅倾角传感器,该传感器主要由应变梁、摆锤、光纤布拉格光栅组成,两根光栅对称地贴于应变梁的两侧,由于摆锤的转动迫使应变梁发生弯曲变形,使一侧的光栅受拉,另一侧的光栅受压,这样便可以通过测量由光纤光栅反射回的光的波长变化来计算倾角的改变。实验证明此传感器不受温度影响,且具有较高的分辨率,可较好地应用于工程结构的变形检测。     

长周期光纤光栅横向压力传感特性的研究

介绍了在普通单模光纤中利用振幅掩模板法制作长周期光纤光栅，并对这种长周期光纤光栅的双折射效应进行了研究，对利用这种长周期光纤光栅的双折射效应制作传感器的可能性进行了探讨。结果表明：普通单模光纤中长周期光纤光栅的双折射效应对光纤横向压力具有很高的灵敏度和良好的线性响应，其灵敏度比以前报道的光纤布喇格光栅高出2个数量级，因此可利用这种光纤光栅制作低成本、高效率的光纤光栅压力传感器。     

电磁力式光纤光栅直流大电流传感技术研究

直流大电流的计量在电镀、电冶、电池、电气机车等领域占有重要地位。介绍了电磁力式光纤光栅电流传感的原理,设计了基于光纤光栅的大电流传感器结构,借助光纤光栅直流大电流传感实验平台,在直流电流(0～500～0A,步进50A)激励下,光纤光栅传感器的中心波长偏移855.2pm,电流敏感度为34.1pm/(100A)2,试验结果表明该方法可以进行直流大电流的测量。     

一种新颖的光纤光栅轮轴计数传感器

基于光纤Bragg光栅传感原理，采用双光栅匹配滤波强度解调方案，研制了一种新型的光纤光栅轮轴计数传感器。从理论上分析了该传感器的工作原理，并进行了实验研究，取得了理论与实验一致的结果。这种光纤类传感器具有不怕潮湿、粉尘、抗电磁干扰等优点。此外，由于使用双光栅匹配滤波强度解调方案，不必使用昂贵的波长解调设备，所以该传感器成本低，有望替代现有的电类产品，在工程实践中获得广泛应用。     

一种基于ZnO随机激光的采集与解调系统

针对目前随机激光的选模研究状况,根据光纤光栅的反射特性,采用光纤光栅阵列结构设计了一种可调谐的紫外激光器的采集与解调系统并进行了相关实验。通过实验结果可以看出该系统可以通过计算机扫描电压调节PZT驱动参考光栅,较理想地实现随机激光器的单模输出,系统的波长解调精度可达5 pm以内。该系统的提出,是随机激光和可调谐紫外激光器研究中的一种很有价值的尝试。     

基于光纤光栅的加速度传感系统研究

提出了一种基于匹配光栅解调技术的加速度检测系统,有效地消除了光源功率变化对信号的影响。在传感器的设计上将传感光栅和参考光栅置于同一环境下,消除了温度对系统的影响,通过试验得到了传感器的频率特性和加速度响应,在实际工程应用中检测到了井下微震信号。     

光纤Bragg光栅压强传感器研究

设计了一种用于测量模压腔体内大荷载压强的光纤Bragg光栅(FBG)压强传感器。模压腔体内的压强通过压杆作用到等强度梁上,导致粘贴在等强度梁上的光纤Bragg光栅的中心波长发生改变,通过波长解调仪检测光栅中心波长的改变量,测量模压腔体内的压强。实验表明:该传感器在很宽的压强测量范围内具有很好线性,并且测量灵敏度高、精度好。     

高速光纤光栅解调的寻峰算法研究

提出了一种应用于2 kHz高速光栅解调的寻峰算法,给出了该算法对连续光栅反射光峰的解调结果,分析了算法误差和相关影响因素。研究发现,在算法输入信噪比较好的情况下,连续15个光栅的平均解调误差小于0.3 pm,而信噪比较差的情况下,则解调误差大于1 pm,由此可见,算法输入信噪比是影响寻峰精度的决定性因素,在算法输入信噪比较好时该文提出的算法有效地提高了寻峰精度,完全满足实际工程要求。     

光纤光栅振动传感器的振动理论分析

为了分析光纤布喇格光栅振动传感器的振动理论,对所建立的物理模型采用了等效刚度变换。首先,根据光纤布喇格光栅振动传感器的振动特点,将其近似为单质点的弦振动模型,然后对其进行等效刚度变换,将其等效为简单的弹簧-质量系统,最后对具有粘性阻尼系统的受迫振动进行了理论分析,通过计算阻尼比,求出该系统的最大振幅和光纤光栅中心波长最大变化量。理论计算和实际测量结果表明:光纤光栅振动中心波长变化量在同一个数量级,能满足基于光纤布喇格光栅振动传感器的周界入侵报警系统的实际应用需要。     

基于虚拟仪器的超大容量光纤光栅传感网络分析仪

根据大型复杂结构监测的工程需求,研究超大容量光纤布拉格光栅传感网络的传感器查询与波长解调原理,设计了与虚拟仪器技术相结合的系统模型;在信号分析与处理、网络通信、数据存储等主要环节提出了与超大容量光纤光栅传感网络分析相适应的技术方案.通过实验验证,单台仪器的测量点数达到1 000点以上,分析速度在1 s之内,波长分辨率为±10 pm,应变量程±800×10-6,温度量程±100℃.实验表明,仪器的量程、精度、速度等指标均满足工程实践的要求.     

飞秒激光耐高温光纤光栅传感器的制备

针对传统光纤光栅传感器由于折射率调制量导致温度稳定性差的缺点,利用了飞秒激光诱导折射率变化的机理制备了一种耐高温的光纤光栅温度传感器. 首先采用800 nm飞秒激光结合相位掩膜板法在标准通信光纤上写制了光纤布拉格光栅传感器,然后通过高温退火实验对该传感器在900 ℃下的温度稳定性进行了测量,最后采用线性拟合的方法得到了传感器的温度灵敏度系数. 实验结果表明,该传感器在900 ℃下具有较好的温度稳定性,在温度为100 ℃到900 ℃范围内温度灵敏度系数达到1.27×10-11 m/℃.     

Numerical analysis of fiber Bragg grating and long period fiber grating undergoing linear and quadratic temperature change

The coupled-mode equations for fiber Bragg grating (FBG) and long period fiber grating (LPFG) undergoing linear and quadratic temperature change were given. The effects of temperature gradient and quadratic temperature change on the reflectivity spectrum of fiber Braggs grating and the transmission spectrum of long period fiber grating were investigated using the numerical simulation, and the dependence relationships of the central wavelength shift, the full-width-at-half-maximum, and the peak intensity upon temperature gradient were also obtained. These relationships may be used to design a novel fiber optical sensor which can simultaneously measure the temperature and temperature gradient.