大型浮吊光纤光栅称重传感器弹性体研究

提出了新型光纤光栅高负荷称重传感器弹性体复合结构模型,通过对等强度梁光纤光栅称重传感器结构设计原理的分析,采用ANSYS对称重传感器弹性体结构进行仿真计算;在恒定外载荷下,比较分析不同硬心直径、弹性体厚度对应力状态和径向位移的影响,并与试验结果相互印证。结果表明:当弹性体硬心直径为75mm,厚度为10mm时,弹性体可以满足称重传感器高负荷动态测量的要求。近1年在2 600t大型船用浮吊上的高负荷动态测量表明了文中研究的有效性与实用性。     

基于光纤光栅的多参量流体测量系统

提出了一种以光纤光栅传感器为核心单元的多参量流体测量系统,通过不同结构封装实现应用光纤光栅对流体的温度、压力和流量3个重要参量的测量,这几个不同参量的光纤光栅传感器通过串联组网接入到高速光纤光栅解调系统,实现动态高精度测量。实验标定表明传感器具有良好的线性和重复性,测量系统的分辨率和精度完全满足流体参量测试的要求,在水利和化工领域的流体在线监测中具有重要的应用价值。     

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。     

光栅线位移传感器的误差分析

在光栅测量仪器中，光栅传感器的误差是影响整个仪器精度的主要因素，主要产生在光栅的刻制、传感器结构及传感器的安装等方面。本文着重分析了光栅线位移传感器的误差来源，并给出了相应的消误差方法，为提高传感器设计精度提供了理论依据。     

基于垂直位移扫描工作的表面轮廓综合测量仪

介绍了一种以保持杠杆处于平衡位置为测量前提,以衍射光栅干涉位移传感器为位移测量系统的表面轮廓综合测量仪.重点论述了该仪器的整体结构,测量原理,以及衍射光栅干涉位移测量系统的工作原理.     

光纤光栅位移传感技术研究

介绍了一种光纤光栅传感器的在曲面空间位移测量方面的应用.随着外界应力的变化,光纤光栅的Bragg中心发射波长将发生相应的移动.利用此特性,提出并实现了一种精密的用光纤光栅作为敏感元件测量曲面空间间隙位移的方法,获得了光栅Bragg波长偏移量与曲面间隙位移量之间的曲线关系,其灵敏度可达3.5013 nm/mm,最后对实验结果进行了分析.     

反射式光纤位移传感器的研究

本文主要致力于反射式光纤位移传感器的研究。给出了光纤位移传感器的具体的设计方案,即根据光纤反射调制原理进行了反射式光纤位移传感检测系统的设计,采用计数器外径干分尺的测头镜面作为反射体和位移测量工具,分析了位移测量装置和传感器检测电路。实验表明,在0～2mm范围内检测系统的输出与位移成线性关系,灵敏度为196μV/μm,线性度为26％。适于微位移的测量。     

光纤光栅冰力传感器的开发及应用

根据裸光纤光栅(FBG)对应变的灵敏度远高于对压力的灵敏度这一特点,设计了一种基于等强度梁结构的FBG冰力传感器,并可以通过调节封装构件的尺寸调节其测量压力的灵敏度系数。对传感器的标定结果显示,这种FBG冰力传感器的线性相关度良好,实测的灵敏度系数与理论值一致。该种传感器在冰激桥墩振动模型试验中得到了应用,成功监测了桥墩在不同冰速撞击下受到的冰力。实验表明,这种FBG传感器灵敏度高、可靠性好、对结构自身的影响很小,可直接测量冰的撞击力,适合于模型实验中的冰力监测。     

一种适合工程应用的新型光纤光栅位移传感器

针对全光纤结构健康监测系统中对位移监测的需求,基于光纤光栅传输理论,依据工程结构实际位移监测要求,研制出一种结构简单新颖、位移测试精度高、具有温度自补偿、满足结构长期位移监测的新型光纤光栅位移计.并且对其灵敏度系数进行了标定.从实验结果来看,光纤光栅的波长变化与位移存在很好的线性关系,并具有很好的重复性,相对于解调仪的精度,所设计传感器的精度为0.08mm,相关系数达到0.999以上.     

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。     

High-Efficiency Two-Port Encapsulated Low-Contrast Grating withSuppressed Zeroth Order under Normal Incidence

在正常入射下高效率双通道封装型低对比度消零级光栅

龚博闻1,温惠英1,李宏韬2

（1.华南理工大学 土木与交通学院, 广州 510641）

（2,.暨南大学 光子技术研究院 广东省光纤传感与通信技术重点实验室,广州 511486）

中文说明：

本文介绍一种在正常入射下高效双通道封装型低对比度消零级光栅。基于这种光栅结构,在被设定周期为1860 nm时可以得到1级次TE和TM偏振光的高效率和光谱带宽。一方面,使用严格耦合波理论对一些精确的光栅参数进行数值优化;另一方面,利用简化模态法对封装型消零级熔融石英光栅的内部耦合机制进行充分解释。带有覆盖层的封装型光栅不是简单增加涂层,比较于被报道的表面浮雕式光栅,封装型光栅的所有参数被重新优化并且优化性能得到很好提高。因此,封装型光栅光纤在布拉格光栅写入的应用方面具有潜力。

关键词：封装型光栅;消零级;增强衍射效率;增强光谱带宽

     

Temperature and humidity sensor using the multimode fiber cascaded Bragg grating

In order to design an optical fiber sensor with a simple structure which can simultaneously measure temperature and relative humidity, we use the multimode fiber cascade Bragg grating to form the basic structure of the sensor. First, a 6mm multimode fiber is connected to a Bragg grating. Then the diameter of the multimode fiber is etched to 40μm by hydrofluoric acid. Finally, a layer of carboxymethyl cellulose hydrogel is coated on the multimode fiber. The temperature and humidity response of the fabricated optical fiber sensor is tested. Experimental results show that the designed sensor has a humidity sensitivity of 69.6pm/% RH and a temperature sensitivity of 15pm/℃. The designed sensor is very sensitive to temperature and humidity, and has a good application prospect.     

基于VO2热相变的光子晶体波导开关

基于相变材料VO₂,设计了一款光子晶体波导结构的光开关。通过在硅波导中填充SU-8包层对温度灵敏度做补偿,降低了波导开关的温度敏感特性。采用热驱动开关实现了1591 nm波长处约9.5 dB的消光比。同时提出一种新型级联波导来优化开关结构,实现了27.46 dB的消光比。     

光纤光栅监测混凝土中钢筋锈蚀的可行性研究

基于混凝土中钢筋腐蚀后体积变化的事实,提出一种用于测量混凝土中钢筋腐蚀的新型传感器的设想。将光纤光栅拉伸后固定在圆形钢筋的表面,放入腐蚀溶液中加速钢筋的腐蚀。在钢筋被腐蚀后,光纤光栅所受到的拉伸应变将被释放,光纤光栅的反射光波长发生变化,通过测量光纤光栅的波长可以测得钢筋腐蚀程度。试验表明,光纤光栅可以用来测量混凝土中钢筋的腐蚀,测量精度优于±0.1 μm,测量范围约12 μm,非常适用于混凝土结构中钢筋腐蚀的早期监测。     

一种新型灵敏度可调式光纤光栅传感器

以光纤光栅为敏感组件,设计了一种嵌入式等强度悬臂梁结构的灵敏度可调式光纤光栅传感器．将传统的感测片长度固定的传感器架构设计为感测片部分嵌入主架构的传感器,通过改变悬臂梁感测片长度来达到灵敏度调节的效果．由理论分析和振动、位移灵敏度调节实验验证,此传感器装置可以达到调节灵敏度的效果,而且可调节范围较广．     

基于结构性改变PCFG的制备工艺研究

研究了基于结构性改变的光子晶体光纤光栅的热激法制备工艺,理论分析了此种工艺的成栅原理,采用热传导理论和有限元法研究了制备过程中光子晶体光纤中的温度场分布,以及包层空气孔结构和激光参数对成栅效果的影响。研究结果表明,利用光子晶体光纤包层空气孔周期性塌缩可以形成光栅;采用两点热激法时,能够实现能量在光纤径向均匀分布,轴向近似于高斯分布;包层气孔结构加速了成栅过程,相同光斑尺寸下,光纤塌缩所需激光功率随气孔层数和气孔半径的增大而减小;最后,对包层空气孔结构为1层到7层的光子晶体光纤热激过程进行仿真,得到了空气填充率与所需激光功率的关系。此种光纤光栅从根本上克服了传统光栅热稳定性和长期稳定性不佳的问题,在光纤传感等领域具有较大的潜在应用价值。     

Fabrication and wettable investigation of superhydrophobic surface by soft lithography

The natural hydrophobicity of surfaces can be enhanced if they are microtextured due to air trapped in the structure, which provides the deposited drop with a composite surface made of solid and air on which it is rest. Here, a series of grating microstructure surfaces with different parameters have been designed and fabricated by a novel soft lithography. The water contact angles (WCA) on these rough surfaces are measured through optical contact angle meter. The results indicate that all the WCA on the surfaces with grating microstructures are up to 150°; WCA increases and the hydrophobic performance also enhances with the decrease of the ridge width under the other fixed parameter condition; Experimental data obtained basically consists with the Cassie’s theoretical prediction. The effects of geometric parameters of the microstructures on wettability of the grating sufaces are investigated.     

基于新型FBG传感器的温度应变测试系统

为了能够同时监测温度与应变信息,设计了一种新型FBG系统,该系统采用线性啁啾光纤光栅结构,并设计了线性渐变厚度的FBG外形结构。针对新型FBG的外形结构进行了理论分析,推导了其对温度和应变的函数关系,给出了应变与轴向位置的具体形式。仿真分析了温度与波长偏移量的关系,并且分析了在不同轴向位置及应力水平条件下系统的应变值数据分布。仿真结果显示对于新型FBG而言温度与波长呈线性变化关系,应变受应力与z轴位置的影响而单调改变。由此从理论分析与仿真计算的角度验证了新型FBG传感器的可行性。     

光纤光栅传感解调器在结构健康监测中的应用

分析了光纤布拉格光栅传感器的工作原理;针对深圳市民中心大屋顶网架结构的光纤光栅传感网络设计了光纤光栅智能传感监测系统;介绍了光纤光栅传感解调器S i425的性能特点和应用领域;实现了S i425在结构健康监测系统的应用和应用的软件实现。     

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.