干涉解调技术在光纤光栅传感系统中的应用

本实验的目的是为了将光纤光栅的传感特性应用于结构健康监测系统中,系统采用了基于迈克尔逊干涉技术的解调方法,将包含被测应变信息的FBG波长信号转变成相位信号,通过以89C51单片机为核心的单片机系统检测相位的变化,从而得到被测应变的大小.系统可用于静态应变和动态应变的检测,具有高分辨力、大测量范围的特点,传感灵敏度为0.3950°/με.     

光栅粘贴长度对应变传递影响的实验研究

表面粘贴作为光栅主要的粘贴方式之一,简单方便,应用广泛。光纤光栅实际栅区长约1.0~1.5cm,解调仪反映的是栅区的综合变化,实际粘贴长度影响测量结果。该文就光纤光栅不同粘贴长度影响应变测量结果作了实验研究,发现粘贴长度越长,结果与实际应变的误差就越小,实验结果将为光纤光栅封装等提供参考。     

视频引伸计标定装置设计及标定方法研究

视频引伸计被用于测量材料的变形,需要进行在线标定和校准,然而目前尚无相应的标准和校准规范的指导,针对此,设计了一种光栅式引伸计在线标定装置,主要由控制器、步进电机、机械传动机构、光栅位移传感器、显示器以及上标定板、下标定板组成。第三方校准结果显示,该装置标距标定板最大相对示值误差为0.07%(Urel=0.04%,k=2);光栅位移部分技术指标:小于等于1/3mm时,绝对误差小于0.3μm(U=0.1μm,k=2),大于1/3mm时,相对误差小于0.1%(Urel=0.04%,k=2),技术指标明显优于使用要求。用该装置对视频引伸计进行了重复性和稳定性验证实验,对标定结果评定了不确定度。结果表明:该装置技术指标完全满足视频引伸计的在线标定。     

基于保偏光纤和LPFG的Sagnac环温度及环境折射率双参量光纤传感器研究

报导了一种基于级联保偏光纤(PMF)和长周期 光纤光栅(LPFG)的Sagnac环温度和环境折射率双参 量传感器。在Sagnac干涉环内级联PMF和LPFG,LPFG的双折射效应使得Sagnac干涉的相位差 受环境折射率调 制。所提出的双参量传感器的透射光谱中,由LPFG形成的透射峰和Sagnac干涉形成的干涉峰 对温度和环境折射 率各自具有不同的灵敏度,通过对两者特征峰波长漂移量的测量就可实现对温度和环境折射 率的同时传感。实验上 搭建了温度和环境折射率双参量测试装置,采用波长解调方法,受光源功率波动的影响小, 温度灵敏度为1.2nm/℃; 环境折射率灵敏度为15nm/RIU。该双参量传感方案解决了温度和环 境折射率的交叉敏感问题,结构简单,采用金 属板凹槽结构进行封装有效地保护了LPFG,在生物传感和化学传感等领域具有广阔的应用前 景。     

线阵CCD光谱分辨率检测系统设计

在分析光谱测试仪器检测设备发展现状的前提下,为解决光栅分辨率测试仪器中存在的电路复杂、探测器灵敏度低、结构可变通性差等问题,设计了一种以线阵CCD ILX554B为探测器的、以STM32F103为主控单元的线阵CCD光谱分辨率检测系统。系统利用片上高速时钟产生线阵CCD所需的驱动时序,经片上ADC采样后获取实时的光谱数据,将采集的数据经USB接口上传给上位机进行处理,获得最终的被测分光器件的光谱分辨率信息。最后,分别以汞灯和氩灯为光源,利用所设计的系统对光栅分辨率进行了测试,实验数据表明,在500 k Hz的驱动频率下,系统光谱分辨率可以达到0.01nm。系统满足低成本、高精度、稳定和可靠等要求。     

利用正弦光栅探测激光信息的理论研究

利用傅里叶变换理论研究了激光以任意角度入射正弦光栅的夫琅和费衍射,并对衍射图像的相对光强分布进行了分析,得到了零级和正负一级明纹中心位置与入射激光信息之间的关系以及对应的明纹宽度。通过数据处理,反向推导出了入射激光的波长和方向与明纹位置的关系,进而获得了计算入射激光参数的方法。根据计算结果提出了采用CCD观测衍射图像、利用DSP高速采集信号和单片机处理数据的样机设计方案。在对样机各类参数进行了论证的基础上,推算了样机性能。     

基于光纤布喇格光栅的测斜技术实验研究

与传统的测斜仪相比,基于光纤布喇格光栅(FBG)的测斜技术可实现自动实时监测。该文首先介绍了基于光纤光栅传感技术的测斜仪,通过建立理论模型和差分算法,根据测点处FBG测得的应变值计算出该点的挠度值,并将此挠度值与百分表实测挠度进行对比。通过实验验证了光纤光栅测斜技术的可行性。同时对FBG粘贴在3种材质测斜管表面的应变传递率进行了标定。结果表明,在聚氯乙烯(PVC)管的应变传递率可达95%,且PVC管的价格低,因此更适合在实际工程中应用。     

基于光栅波导共振耦合的传感器特性研究

该文设计了一种基于光栅波导共振角耦合的生物传感器,通过光栅波导模式谱变化检测传感器表面有效折射率变化的方式,实现了传感器表面附着物的精确检测。并在平板介质光波导理论基础上,推导了三、四层结构理论模型,实验得到了入射角与检测溶液折射率及入射角与分子膜层厚度间的变化关系。结果表明,光栅波导共振角耦合生物传感器入射角与待测溶液折射率存在良好的线性关系,并具有较高灵敏度,精度可达0.01(°)/nm。通过该方法制作出无标记的生物传感器,能广泛应用于生物分子检测,尤其适合蛋白质分子生物检测。     

基于PI湿敏薄膜的分布式光纤Bragg光栅湿度传感器

研究了基于聚酰亚胺（PI）湿敏薄膜的分布式光纤Bragg光栅（FBG）湿度传感器。传感器利用PI薄膜湿膨胀效应,将湿应变作用于Bragg栅区,从而改变光纤FBG湿度传感器中心波长的原理,实现了对26-98％RH范围内环境相对湿度的监测。通过改进PI湿敏薄膜的制备及涂覆工艺,有效提高了FBG湿度传感器性能,并采取了相应温...     

基于可调谐FP滤波器的光纤光栅解调系统

为了进一步提高光纤光栅解调系统的性能,提出和研究了一种新颖的基于可调谐F-P(Fabry-Perot)滤波器的光纤光栅解调技术,并以此为基础构建了探测系统。系统使用一个固定波长的参考光纤光栅作为波长参考元件,通过对传感光纤光栅与参考光纤光栅的波长测量与差值运算,消除了可调谐FP滤波器腔长漂移对测量精度的影响。给出压电陶瓷电压对应的伸长量,有效地减小了压电陶瓷非线性对测量的影响,提高了光纤光栅波长的测量精度。在测量范围内,最大非线性偏差为0.5%。