一种光纤压力传感器的设计理论分析

设计了一种用于流体压力的反射式光纤压力传感器.利用高反射率的弹性膜片作为光纤位移传感器的反射镜,由光纤光强分布理论出发,通过理论计算,分别给出了膜片直径、光纤芯径、光纤端面到膜片的初始距离与灵敏度的关系,为传感器设计最佳参数选择提供了参考.文中指出,传感器中光纤可以选用200 μm左右大芯径光纤,膜片直径可以选2～3 mm,光纤端面与膜片初始距离可选2 mm左右.在此情况下,传感器具有较高灵敏度和较好的线性.     

反射强度调制式光纤声音传感器优化设计与研究

反射强度调制式光纤声音传感器具有结构简单、灵敏度高、抗电磁场和射频干扰等优点。对反射式光纤声音传感器膜片的振动特性进行了理论推导和有限元分析,得出振动膜片几何参数和振动特性之间的关系及其膜片的设计方法。设计了结构简单的传感器探头,并以1310 nm波长的激光器为光源研制了光纤声音传感器。对所研制的光纤声音传感器进行了实验研究,实验测得传感器的频响为350 Hz~7.5 kHz;灵敏度为416.7mV/Pa。     

基于相关检测的光纤倏逝波生物传感器研究

构建了一种以光纤和光纤束作为系统信号传输通道的光纤倏逝波生物传感器系统,根据光纤探针的倏逝波理论和模式匹配理论对光纤探针进行了设计与制作,然后应用直接结合分析的方法对该传感器系统的探测性能进行了实验检测.实验针对光纤探针置于空气中和蒸馏水中两种情况进行,同时将系统检测到的信号通过数据采集卡采集到计算机中,并进行相关检测分析.对光纤探针置于空气中和蒸馏水中两种情况,系统分别获得了16.7和20.5的探测信噪比.实验结果表明,该相关检测方法能很好的区分系统的噪声信号和所探测的荧光信号,整个系统具有良好的可行性.     

具有温度补偿的膜片型光纤光栅温度压力传感器

阐述了具有温度补偿结构的膜片型光纤光栅温度压力传感器。传感器以弹性膜片为感压元件,在压力作用下产生轴向位移来压缩压力敏感光栅以实现压力传感;通过结构温度补偿消除压力敏感光栅的温度漂移,同时串入感温光栅进行实时修正并实现温度测量。对传感器的压力和温度特性进行了测量。试验结果表明:压力灵敏度为528 pm/MPa,温度灵敏度为8 pm/℃。     

光纤麦克风的理论和实验研究

一种新型的反射式光纤麦克风,它利用反射式光纤传感探头实现声音对光的外调制.本文从理论和实验两方面研究了反射式光纤麦克风的可行性,并对研制的光纤麦克风系统进行了测试.利用成像原理得出了反射式光纤麦克风的光强度调制函数,根据薄膜振动理论得到了弹性膜片的固有频率和基频,Y型光纤耦合器的使用大大简化了传感器探头的结构.通过实验实现了光纤麦克风系统的预期功能.     

光纤压差传感器

本文研究的一种实用的光纤压差传感器,通过共光源双膜片结构保证了稳定性,采用波纹膜片得到较高灵敏度.该传感器已用于充压检漏系统,其灵敏度达到56050mV/MPa.零漂小于0.1mV/h,热灵敏度漂移为0.013%/℃.     

叶端定时光纤传感器特性研究

为了探讨叶端定时光纤传感器的设计方法和设计依据,在实验测量的基础上建立了一个在高斯光束几何反射模型下的一维数值计算方法,可以在计算机上对叶端定时光纤传感器的特性进行计算分析,为叶端定时光纤传感器的优化设计提供了一个必要工具.对62.5/125多模光纤构成的19芯和37芯叶端定时光纤传感器的计算分析结果表明,传感器端面处的反射光斑半径在300 μm附近时有最佳的信噪比和接收光强波形;由发射光纤直接出射光束的19芯或37芯叶端定时传感器在与叶端的间距为1～3 mm范围内有较好性能;若用LD作为光源,37芯叶端定时传感器可以更好地的减少激光散斑的影响.     

光纤生物传感器中的探针匹配研究

对基于倏逝波激发的光纤生物传感器中光纤探针的模式匹配理论进行了分析,自行构建了一套基于倏逝波激发的光纤生物传感器系统,研究了光纤探针部分的模式匹配程度对该传感器系统灵敏度的影响。实验分光纤探针置于空气中和蒸馏水中2种情况进行,分别对五组具有不同纤芯半径的光纤探针进行检测,实验结果表明:系统的荧光信号检测信噪比与光纤探针纤芯半径的关系曲线基本与模式匹配理论曲线相吻合。     

用于局部放电检测的光纤电流传感器

根据Faraday磁光效应原理设计了一种新型的光纤电流传感器,可用于局部放电电流的检测.基于Jones矩阵,建立了光纤电流传感器的数学模型,推导出了电流检测理论公式,并进行了相关实验,实验结果证明了光纤电流传感器的实用性.     

焊接结构光纤Bragg光栅土压力传感器设计

针对传统土压力传感器长期稳定性差、抗电磁干扰能力不强以及组网难度大等问题,根据传感器与土介质的匹配原则,设计了一种焊接结构双膜片光纤Bragg光栅(FBG)温度自补偿土压力传感器,可实现温度和土压力2个参量的同时测量.传感器主要由2个膜片与基体组成,膜片与光栅固定柱一次成型,便于加工封装.对传感器灵敏度系数进行了计算分析.根据分析结果,加工封装传感器并对其进行了压力校准及温度自补偿性能实验.实验结果表明:传感器的输出波长分别与温度和压力呈线性关系,压力灵敏度系数为528.1 pm/MPa,输出分辨率为0.19%,线性相关度99.988%;在5~45℃内温度灵敏度系数为31.9 pm/℃,线性相关度99.998%,传感器在5~45℃范围内具有良好的温度自补偿能力,其性能参数符合工程应用要求.     

抛物型内轮廓光纤检测的数值模拟

利用光路追踪程序,设计了一种可以检测抛物型内轮廓的微观轮廓曲线的反射式光强调制型光纤传感器.从模拟结果可以看出,这种传感器能很好的实现抛物型内轮廓的检测问题,具有结构简单、非接触测量、抗电磁干扰、测量速度快等优点.本文为反射式光强调制型光纤传感器用于复杂内轮廓的非接触测量提供了必要的理论分析和设计依据.     

Real-time measurement of multipoint hetero-core fiber optic binary sensors based on optical pulse loss change

Hetero-core fiber optic sensors can transmit sensing and communication signals on a single fiber optic transmission line and have numerous advantages for environmental information monitoring such as home security. Moreover, these sensors are cost effective due to their temperature independence and light-intensity-based measurements. We have previously developed a hetero-core fiber optic binary sensor that can be connected in series to detect the number of doors and windows that are opened or closed. In this paper, we propose an improved method for using hetero-core fiber optic binary sensors that are connected in series, which are referred to as binary switches. A unique pulse loss change enables the states of the connected switches to be identified. As a result, the total optical loss in the transmission line is reduced. Therefore, the number of binary switches connected in series can be increased on a single transmission line. The unique pulse loss peaks can be controlled by the action of a flat spring and by adjusting the position of the flat spring inside the binary switch module. Typical pulse peaks of each binary switch are from 0.13 to 0.75 dB in the positive direction and from −0.47 to −0.03 dB in the negative direction, while the typical insertion loss is from 2.23 to 2.61 dB, depending on the position of the hetero-core segment within the binary switch module. The connection of two binary switches in series is successfully demonstrated for monitoring the optical loss change on a single transmission line. The results of the present study show that the number of binary switches connected in series can be increased significantly on a single transmission line.     

一种基于多铁压电纳米纤维压力传感器设计

设计了一种基于静电纺丝技术制备的多铁压电纳米纤维微压力传感器结构,对其工作原理做出了理论分析。近似平行排列的纳米纤维沉积到叉指电极上,电极材料生长于硅基底方形弹性膜片上表面,用小挠度理论设计计算了方膜结构,并对固支结构的纤维进行了力学分析。由纤维压电效应计算出传感器输出电压,并对传感器的结构尺寸进行比较分析,以提高传感器输出电压。     

光纤传感器及其在物业管理中应用

随着科技的发展,物业管理更趋于网络化、智能化,而传感器则是所有信息的来源,因此传感器在物业管理中发挥者越来越大的作用.由于光纤技术的不断发展,传输距离不断加大,价格下降,加上在技术性能上又有独到的优点,光纤传感器将在物业管理中越来越多地得到应用.本文介绍了光纤传感器及其在住宅物业安全管理中的应用的设计思想,并提出组成光纤传感器网络,利用神经网络技术对信号进行实时处理,达到实时监控的目的.     

光强调制式光纤传感器测量精度的研究

影响光强调制式光纤传感器测量精度的因素很多,对于所设计研制的用于叶轮泵高速转轴径向跳动测量的光纤传感器来说,合作对象所引起的测量误差比较突出。针对这一特点,对光在介质表面散射的特性和介质表面轮廓的分布函数进行了研究,并就其对测量结果的影响进行了仿真计算和分析,从而为该类传感器精度的进一步提高提供了依据。     

外接光纤传感器应用于碳纤维智能复合材料结构的研究

在碳纤维复合材料结构的固化过程中,埋入其中的光纤将承受恶劣的环境,这将影响碳纤维智能复合材料结构中光纤传感系统的性能,并使光纤容易发生断裂。为解决这一问题,本文对几种外接式光纤传感器进行了初步探讨,并对外接式干涉光纤传感器进行了试验。结果表明外接式干涉光纤传感器可以完成检测碳纤维复合材料结构内部应变的任务,并能避免结构内光纤断裂造成传感器的失效,降低智能结构的制作成本,对智能结构的发展具有一定的促进作用。     

Modeling and experimental studies on retro-reflective fiber optic micro-displacement sensor with variable geometrical properties

Fiber optic displacement sensors (FODS) are studied and analyzed by using different configurations (Atsushi and Kohichi, 1996; Faria, 1998; Buchade and Shaligram, 2006) [1], [2] and [6]. Mathematical models developed for these configurations use analytical methods and techniques. It is observed that these models are useful for a specific geometrical arrangement of fibers and reflector and are not useful for any variation in configuration. Hence it is necessary to develop a mathematical model which is independent of configuration of the fiber optic sensors. This paper discusses development of such generalized model which is useful for studying and analyzing any configuration and scenario of fiber optic sensor. The model is expected to be useful in analyzing manufacturing tolerances as well as effects of the geometrical parameters on performance of the sensor.     

光纤传感器在灵巧结构与蒙皮中的应用

介绍了光纤传感器在飞行器结构上的应用，包括表面贴装与内埋光纤损伤探测系统，内埋的监测复合材料内部声波辐射的光纤应变传感器及测量复合材料的内应变张量的应变计，并介绍了光纤神经网络的初步研究。     

基于光谱检测的光纤温度传感器

一种应用波长原理的光纤测温新技术 ,这种波长技术是基于某些半导体 (如GaAs)的光学吸收限产生的频移 ,半导体小棱镜粘在远离光纤测头的一端 ,并用一个快速扫描分光计来检测靠近探头处宽带光源的吸收频移 ,这种分光计由衍射光栅和阵列式硅光电探测器组成。系统的测温范围在 2 0℃至 175℃     

光纤传感技术在煤矿电参数测量中的应用

介绍了光纤电压、电流传感器在煤矿中的应用，在工频电压４～６ｋＶ和工频电流１００～１０００Ａ条件下验证了该光纤电参数传感器电压误差小于１％、电流误差小于３％。指出了提高电流检测精度是提高光功率、降低前放噪声及有效收集磁场的有力措施