面向内燃机腔室压力监测的光纤F-P传感系统

本项目旨在实现内燃机腔室压力的精确监测,构建通过温度补偿,精确测量压力的光纤传感系统。利用串联Fabry-Pérot(F-P)腔结构光纤传感器,在测量压力信号的同时监测腔室内的温度。利用光谱仪采集双F-P腔的干涉光谱后,使用结合Buneman频率估计的FFT算法实现高精度腔长解调,并通过校准程序实现对压力信号的精确解算。项目成果将适用于内燃机腔室等高温、高压、强腐蚀和强电磁干扰环境下的压力监测。     

基于单片机的光纤Bragg光栅传感器的解调系统

长期以来,对光纤Bragg光栅传感器反射波长的检测是采用光谱仪,随着光纤Bragg光栅传感器应用的不断发展,光谱仪表现出越来越多的局限性.本文利用调谐法布里-珀罗腔多光束传播,当法布里-珀罗腔满足特定条件时其透射光可达到最强或最弱原理,建立了F-P腔解调系统模型,通过检测F-P腔的相关参数而得到所测的参变量;根据光纤Bragg光栅自身特性,建立了匹配滤波法解调系统模型,应用另一光纤Bragg光栅跟踪被测光纤Bragg光栅的变化,从而得到所测量;论文指出了应用时在这两种解调方案中需要解决的关键问题.为了提高系统测量的准确性和实时性,系统采用单片机系统处理相关数据信息.本文系统详细阐述了在解调系统中单片机的应用及相关接口模型,给出了详细的软硬件设计.     

膜片式微型F-P腔光纤压力传感器

为满足工业和生物医学领域对微型化传感器的需求,实验研究了基于Fabry-Perot(F-P)干涉仪原理的膜片式微型光纤压力传感器的制作工艺.在单模光纤端面上直接熔接外径约175 μm的毛细石英管,在石英管的另一端制作敏感膜片,从而使光纤端面与膜片内表面之间形成F-P干涉腔.采用电弧熔接、切割、腐蚀膜片等方法制作了石英膜片式压力传感器,该传感器在0～3.1 MPa内F-P腔的腔长变化灵敏度为41.09 nm/MPa,压强测量分辨率为681 Pa,并具有很小的温度敏感系数.在30～140 ℃,温度交差敏感＜1.07 kPa/℃.为了克服石英膜片减薄困难的缺点,选用聚合物材料(PSQ)作为压力敏感膜片制作了F-P传感器.室温下在0.1～2.1 MPa,PSQ膜片的F-P腔长变化灵敏度达到1 886.85 nm/MPa,压强测量分辨率达到53 Pa,十分接近人类或其他动物的体内压强测量水平.     

用于航空发动机的光纤F-P温度传感器及其信号解调系统研究

光纤F-P温度传感器具有结构稳定、精度高、体积小、抗电磁干扰、质量轻和成本低等优点,在航空发动机高温测量领域具有重要的潜在应用。针对航空发动机的高温工况,利用多光束干涉原理设计了光纤F-P传感器,并通过端面检测、显微测量等手段完成了光纤F-P温度传感器的制备。针对传统光谱仪解调系统昂贵,解调速度慢的不足,以F-P滤波器和DSP为核心设计了传感器的信号解调系统,克服了传统光谱仪解调的局限性;进行了解调系统的硬件设计,完成了光电转换放大电路的原理设计、仿真分析和电路制作,实现了解调系统的初步搭建。在高控温精度的高温炉中采用标准热电偶对制备完成的传感器进行标定,结果表明:在30～1 000℃温度范围内,传感器的温度响应灵敏度为0.012 nm/℃,线性度为0.996。     

光纤光栅温湿度检测系统研究

为了实现对室内环境的温度和湿度的实时监测,设计了一种光纤光栅温湿度检测系统。该系统以光纤光栅传感器为温度和湿度检测的敏感元件,利用波分复用技术对光纤光栅传感器进行传感网络的组建,利用F-P腔解调原理对光纤光栅传感器进行波长的解调,采用LabVIEW编写光纤光栅温湿度系统的上位机软件。光纤光栅温湿度检测系统解决了传统电力系统的组网困难,电缆质量重,测量误差大,易受电磁干扰等问题,实现实时监测环境的温湿度和数据的保存,适合各种室内环境的温湿度监测的场合。     

利用双参考光纤光栅的光纤光栅传感解调系统

光纤Bragg光栅是一种波长调制型光纤器件,利用光纤Bragg光栅反射波长对某外界参量(即待测量)的敏感效应,可以研制出光纤光栅传感器.对于光纤光栅传感系统而言其关键技术是如何解调,而在使用可调谐F-P滤波器解调时,只是注意避免光纤光栅的交叉敏感,却忽略了对可调谐滤波器的稳定性考虑.通过对可调谐F-P滤波器性能的分析,利用双参考光纤光栅得出基于可调谐F-P滤波器解调的准分布式光纤光栅传感解调系统,该系统对于外界环境稳定性好,测得数据可靠.     

膜片式微型F-P腔光纤压力传感器研究

对基于Fabry-Perot（F-P）干涉仪原理的膜片式微型光纤压力传感器的制作工艺进行了实验研究。在单模光纤端面上直接熔接外径约175μm的毛细石英管,在石英管的另一端制作敏感膜片,从而在光纤端面与膜片内表面之间形成F-P干涉腔。首先采用电弧熔接、切割、腐蚀膜片的方法制作了石英膜片式压力传感器,该传感器在0-3.1MPa压强范围内F-P腔的腔长变化灵敏度为41.09nm/MPa,压强测量分辨率681Pa,并具有很小的温度敏感系数。在30-140℃的温度范围内,温度交差敏感小于1.07KPa/℃。为了克服石英膜片减薄困难的缺点,选用聚合物材料（PSQ）作为压力敏感膜片制作了F-P传感器,室温下在0.1-2.1MPa压强范围内PSQ膜片的F-P腔长变化灵敏度达到 1 886.85nm/MPa,压强测量分辨率达到53Pa。     

光纤F-P干涉传感器进行精密表面粗糙度测量原理探讨

本文在双F-P腔光纤干涉仪测距原理和光纤探针粗糙度测量方法的基础上,提出了光纤F-P干涉传感器的高精度表面粗糙度测量原理.着重探讨了其测试方法.     

一种非本征F-P腔型光纤传感器的研究

介绍了用于温度、压力及应变测量的非本征F-P腔(extrinsic Fabry-Perot cavity)光纤传感器系统及其工作原理,当温度和压力/应变同时存在,F-P传感头交叉敏感,利用不锈钢外套屏蔽测温探头的压力/应变效应,采用与准直毛细管同材料光纤作F-P腔反射端补偿压力/应变探头的温度响应.实验表明,0～14MPa和100～300με压力和应变测量范围内最小分辨率达到20kPa和0.5με,100℃温度范围内压力的测量精度达到0.1%,温度传感器在0～100℃测量下,精度达到±0.01℃.     

基于虚拟仪器的光纤MEMS法-珀压力传感器复用系统

提出一种基于虚拟仪器的光纤MEMS法-珀压力传感器的空分复用系统,实现了多个光纤F-P传感器的准分布式实时测量。利用虚拟仪器技术,对传感器的反射信号进行采集和相应的处理,从而解调出传感器所受到的压力。传感器的反射信号以及所受压力值都能在图形界面上实时显示并保存。实验结果表明,该系统具有良好的线性、灵敏度和精度,复用能力强,能实现压力的准分布式测量,操作方便,响应速度快。