基于可调环形光纤激光器的动态应变传感系统

提出了一种具有高达65 dB高光学信噪比的光纤布拉格光栅(FBG)动态应变传感系统.该方法基于可调光纤环形激光器结构,并采用马赫-泽德干涉仪(MZI)相位解调的方法实现FBG传感信号的解调.实验结果表明,在2 km处FBG获取的传感信号达到了52 dB电信噪比,从而获得了6.7×10-12/Hz1/2的高应变分辨率.     

七芯光纤布拉格光栅温度传感特性研究

基于相位掩模技术在七芯光纤(SCF)中刻写了光纤光栅(FBGs),通过实验对七芯光纤光栅在常温和低温下的温度传感特性进行了研究。结果表明,在30℃~80℃的常温温度范围内,传感器的温度灵敏度为9.98pm/℃,线性度为0.99944。在-60℃~20℃的低温温度范围内,传感器的温度灵敏度为8.77pm/℃,线性度为0.99751。可以看出,七芯光纤光栅对于常温和低温都有比较稳定的响应特性,但是温度降低时,灵敏度降低,线性度变差。研究结果对基于光纤光栅的温度传感研究具有参考价值。     

基于光纤光栅应变花的平面应变状态实验分析

提出并实现了直角与三角形两种光纤光栅(FBG)应变花方案,分别由在1根光纤上实现准分布的3个FBG制成。将之粘贴存等强度梁上,判断主应变方向及大小,研究其平面应变测量性能。试验结果显示,测量主应变方向同实际方向符合,两种应变花测量结果一致。     

一种新型FBG动态应变解调系统

提出并演示了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)三角形滤波器的动态应变解调系统.通过周期啁啾和折射率调制变迹,制作了FBG三角形滤波器,并利用该滤波器实现了一种新型的FBG动态应变解调方案.通过与传统应变片测量结果进行比较,结果表明,该系统能够准确地实现动态应变测量.由于系统紧凑、无源,因此可被制成便携式的解调模块.     

基于参考光栅的光纤光栅应变传感器温度补偿

为解决光纤布拉格光栅（FBG）应变测量时的应变、温度交叉敏感问题，利用FBG便于构成传感网络的优点，将温度补偿参考FBG与应变测量FBG串联在一路光纤上，根据2只FBG布拉格波长相对漂移获得被测结构应变。双FBG波长相对漂移对温度的灵敏度仅为0．12pm／℃，较好地实现FBG应变测量的温度补偿。参考FBG法原理简单，可操作性强，为FBG应变传感器的实际工程应用奠定了基础。     

钛合金片封装光纤光栅传感器的应变和温度传感特性研究

提出了一种光纤光栅（FBG）的Ti合金片的封装工艺,实验和理论研究了FBG的应变和温度传感特性。与裸FBG的测试结果相比,Ti合金片封装工艺基本不改变FBG应变传感的灵敏度,但是温度灵敏度系数提高了1.76倍。经过Ti合金片封装后的FBG可以探测到1με和0．05℃。     

高灵敏度光纤光栅静水压力传感研究

分析了光纤布拉格光栅的压力敏感及增敏原理,设计了一种适于高分辨率静水压力测量的封装结构,实验结果表明,该光纤光栅压力传感器压力响应灵敏度为9.03×10-3 MPa-1,比未封装的裸光纤光栅增敏2946倍,在长沙白鹭湖进行的基于静水压力的水深测量表明,该传感器的深度分辨能力优于5 cm,并有较好的线性和重复性,满足基于静水压力的拖曳缆深度测量应用需求.     

基于FBG的钻孔应变传感器研制

为了监测地壳内部的微应力应变,设计了一种基 于光纤布拉格光栅(FBG)的钻孔应变传感器。结合FBG的传感原理,通过有限元分析 ,构建出曲边三角形的 传感应变结构,并根据其传感特点进行相应的封装。使用参考光栅法,在应变片上粘贴两支 FBG,在一支 FBG测量应变的同时另一支FBG对其进行温度补偿,解决了FBG对温度和应变同时敏感的 问题。为了模拟传感 器在 钻孔中的环境,建立了微应变测试平台。实验结果表明,研制的钻孔应变传感 器的灵敏 度为0.092pm/με,且具有较大的增敏空间。     

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。     

单光纤光栅对温度与应变的同步测量

提出了一种采用单光纤布拉格光栅(FBG)进行温度与应变同步测量的新颖设计。一根FBG被分成等长的两部分,用环氧胶水涂敷在其中一部分的表面,再套上金属套管,此时可以看成具有不同的布拉格波长的2个FBG,利用它们之间不同的杨氏模量和热膨胀系数,应变和温度能够同步测量。实验结果表明,在2700με和75℃的测量范围内,可以达到约6.1με和1.0℃的应变和温度精确度,误差主要来源于光谱仪分辨率的限制和FBG其中一部分的胶水涂抹不够均匀,通过使用高分辨率的解调仪和提高胶水涂抹工艺可得到更高的测量精确度。     

光纤Bragg光栅应变传感研究

基于光纤Bragg光栅应变传感模型 ,利用泰勒级数展开法 ,将光纤Bragg光栅反射峰中心波长所满足的Bragg方程展开 ,得到了中心波长相对偏移量与应变增量之间的二次解析关系式 ,进而得到了光纤Bragg光栅一阶、二阶应变灵敏度系数的解析表达式 ,计算了一阶、二阶应变灵敏度系数的理论值 ;并将光纤Bragg光栅粘贴在悬臂梁上进行拉伸和压缩 ,得到了与应变对应的光纤Bragg光栅中心波长偏移量 ,通过线性和二次多项式拟合 ,得到了光纤Bragg光栅一阶、二阶应变灵敏度系数的实验值 ;各阶应变灵敏度系数的理论值与实验值吻合得到很好     

光纤Bragg光栅滤波响应的轴向分布特性研究

为揭示光纤Bragg光栅（FBG）的局部滤波特征,研究和分析了滤波响应沿光栅轴向的空间分布规律。从均匀、切趾和啁啾型等基本光纤Bragg光栅（FBG）类型出发,分析了反射带滤波光场沿轴向的分布规律。结果表明,均匀型FBG中,光场反射多集中在前1/2个光栅长度内,呈现非对称性;切趾型FBG中,光场反射在光栅长度内的均匀性...     

基于逐点法刻写的偏芯光纤布拉格光栅应变和温度传感研究

为解决当前光纤光栅制备灵活性较低,以及测量中不利于实现分布式波分复用的问题,提出了一种于基于逐点法刻写的偏芯光纤布拉格光栅传感器(eccentric fiber Bragg grating,EFBG)。采用飞秒激光(femtosecond laser,FSL)逐点刻写技术,光栅刻写位置垂直偏离光纤中心3μm,光栅长度为5 mm,光栅中心波长为1633 nm。不同于传统光纤光栅,偏芯结构的光栅可以激发出较宽的包层模共振范围,通过分析包层模共振峰的波长漂移量,表征施加的应变大小或温度高低。实验结果表明,应变测量范围在0—500με时,包层模灵敏度为0.98 pm/με,温度测量范围在30—80℃时,包层模灵敏度为10.89 pm/℃,并且包层模灵敏度相比芯模灵敏度数值相差较小,从而可以实现应变或温度的传感测量。     

光纤光栅无应力毛细铜管封装及温度特性实验

为克服裸光纤布拉格光栅(FBG)脆弱易折断的缺点,提出了一种聚合物和毛细铜管相结合的封装工艺。先用丙烯酸酯对栅区进行二次涂覆,再将二次涂覆后的FBG封装在毛细铜管内,FBG在毛细铜管内处于有余长无应力状态,二次涂覆为裸FBG提供了有效的保护。测试结果表明,二次涂覆并没有改变FBG的温度灵敏度;较薄的涂覆厚度保证了涂覆的均匀性和涂覆后光谱的质量;无胶空管封装方式消除了聚合物内部应力对温度测量精度的影响。封装后的温度特性实验表明,FBG传感器线性度为0.999 29,温度灵敏度为13.675pm/℃,重复性较好。     

光纤布喇格光栅非线性特性的研究

利用单边边界条件下的差分法求解非线性光纤光栅耦合模方程,在此基础上分析了光纤光栅中克尔非线性效应对光栅频谱特性的影响,分别讨论了短脉冲在均匀和切趾光纤光栅的线性工作区和非线性工作区的传输特性.结果表明,在合适的条件下,光纤布喇格光栅可以用于光开关器件.     

高斯切趾光纤Bragg光栅折射率传感器特性研究

基于3层结构和双层结构光纤波导理论,对不同腐蚀深度的高斯切趾光纤Bragg光栅(H3G)的基模谐振波长与外部介质折射率(SRI)间的关系进行理论仿真,并通过实验研究其谐振波长、3 dB带宽及反射峰强度对SRI的响应特性.实验表明,随着SRI逐渐增大,基模谐振波长向长波方向的移动幅度越来越大,与仿真结果基本吻合;3 dB...     

碳纤维强化聚合物封装的FBG传感器制备与特性试验

采用碳纤维强化聚合物(CFRP)对光纤Bragg光栅(FBG)进行封装,研制出用于测量混凝土内部应变的FBG应变传感器,分析了传感器轴向应变分布与结构参数的关系.通过在等强度梁和霍普金森压杆(SHPB)上的试验,得到了FBG传感器的静态性能指标和动态响应特性,结果表明,FBG应变传感器线性度≤1%,埋入混凝土结构内的F...     

光纤光栅应变传感器预紧封装及传感特性研究

介绍了一种具有预紧力的基片式光纤光栅应变传感器封装方法,并根据Ansys建模及实验对其传感性能进行研究。使用宽10 mm,长22 mm,厚1 mm的铝合金7075-T6材质基片对光纤光栅进行预紧封装,所得带预紧封装传感器灵敏系数为1.05 pm/με,线性度达到0.99以上。表明预紧封装基片式光纤光栅应变传感器具有良好的线性度和应变测试灵敏度,对光纤光栅传感器封装工艺有指导作用。     

磁流体填充的光子晶体光纤Bragg光栅三参量同时传感特性研究

基于光子晶体光纤(PCF)包层空气孔灵活的结构 设计,将磁流体填充的PCF(MF-PCF)和普通PCF进行焊接, 并在其纤芯区域刻蚀Bragg光栅,提出一种能够同时测量温度、磁场和应变的PCFBG传感器。 基于模式耦 合理论以及传输矩阵法,结合PCF中基模以及高阶光波模式的不同传感特性,通过分析热光 效应、磁光效 应以及弹光效应对模型不同光波模式的影响,探究谐振波峰反射谱响应特性。实验结果表明 ,本文的PCFBG传感器, 温度灵敏度最高可达13.97pm/℃,磁场灵敏度最高达10.04pm/mT,应变灵敏度最高达1.223pm/με;且谐振反 射光谱的漂移量与温度、磁场以及应变的变化具有良好的线性关系。 通过设计相应的三参量矩阵解调算法,可实现温度、应变以及磁场的同时测量,从而有效 降低传感成本,拓宽传感思路,具有一定的应用价值。     

A novel weight measurement method based on birefringence in fiber Bragg gratings

Unlike the usual wavelength modulation principle of fiber Bragg grating (FBG) sensors, a novel weight sensor based on birefringence in FBG is proposed in this paper. The creation of the birefringence is based on the different stresses of the two orthogonal directions in the fiber core cross-section. If weight is applied on an FBG in the radial direction, two reflection spectra with different polarization states which can be observed by an optical spectrum analyzer will occur. An experimental prototype is set up and the measurement principle is described in this paper. Preliminary experimental results indicate that the proposed measurement method is very suitable for the application of heavy weight measurement in the range of 20 tons, especially for vehicle load monitoring in highway charge-by-weight systems. The sensitivity of weight measurement is be estimated to be about 5 kg.