基于偶联剂技术的光纤光栅压力传感实验研究

报道了利用偶联技术封装光纤光栅压力传感器的新方案.通过采用特殊聚合物材料将光纤光栅封装于金属管中,并采用偶联材料分别与聚合物和光纤以化学键偶联的工艺,解决了由于有机弹性体聚合物的弹性模量（1.2×105 N/m2）与光纤光栅的弹性模量(7×1010 N/m2)相差很大,在压强较大时易导致光纤光栅与聚合物材料之间的撕裂滑脱问题,改善了光纤光栅压力响应特性.封装后的光纤光栅压力的线性测量范围为0.04 MPa~0.6 MPa,压力响应灵敏度为－4.48 nm/MPa,与裸光栅压力响应灵敏度－0.003063 nm/MPa相比,增敏了1463倍.利用实验中所使用光谱仪0.05 nm的分辨率,压强测量准确度为±0.01 MPa,线性度为0.9978.     

大范围光纤布拉格光栅温度传感器增敏实验研究

简要分析了光纤布拉格光栅的温度响应及增敏原理,采用特殊耐高温有机聚合物对光纤光栅进行温度增敏封装,并通过改进光纤光栅的聚合物封装固化工艺,使用某种有机硅导热胶减小有机聚合物与套管材料的粘合度,消除了封装过程中由于聚合物材料不均匀收缩引起的光纤光栅反射谱啁啾化,实现20～180℃范围内光纤光栅传感器对温度高灵敏度测量。实验结果表明．聚合物封装光纤光栅传感器温度响应灵敏度在20～130℃为0．05nm／℃,在130～180℃达到了0．22nm／℃,并在两个区域保持较好的线性与重复性。此结构传感器封装工艺简单,易于实现,可用于高温恶劣环境下的温度单参量测量。     

改善波形并增敏的光纤光栅温度传感技术

选用热膨胀系数较大的聚合物和某种偶联材料,采用特殊工艺用其对裸光纤光栅进行封装,消除了封装过程中所带来的光纤光栅啁啾现象,极大地改善了光纤光栅反射波的波形,提高了封装测试过程的重复性,为波长解调解决了一大难题.在30.6℃~120℃范围内,测量过程中波形很好并几乎不变,温度灵敏度为0.1173 nm/℃,温度分辨率为<0.43℃,比裸光纤光栅增加了11倍;平均灵敏度增敏倍数γ′=10.34,与理论计算灵敏度增敏倍数γ=10.76符合得比较好.聚合物封装光纤光栅的温度响应曲线具有很好的线性.     

聚合物封装的高灵敏度光纤光栅温度传感器及其低温特性

介绍了一种新型的光纤光栅温度传感器。这种光纤光栅温度传感器使用了特殊的工艺将光纤布拉格光栅封装于一种热膨胀系数较大的有机聚合物基底中 ,使得传感器的温度灵敏性比裸光纤光栅提高了 12 .3倍 ,其温度灵敏度系数KT 达到 82 .6 9× 10 -6/℃。在 - 80～ 0℃的低温度范围内 ,对这种新型光纤光栅温度传感器的反射谱进行了测量。研究了这种新型光纤光栅温度传感器的低温特性 ,并与裸光纤光栅和铝基封装的光纤光栅进行了比较 ,结果表明这种新型的光纤光栅温度传感器具有很好的低温响应特性。     

光纤光栅的压力传感特性研究

对聚合物封装的光纤光栅的压力敏感特性进行了实验研究,在10MPa的压力范围内,光纤光栅中心波长的相对变化与外界压力成良好的线性关系,由于聚合物基底的带动作用,两种不同聚合物封装的光纤光栅的压力灵敏度分别为-3.96×10^-5/MPa和-6.28×10^-5/MPa,提高为裸光栅的20倍和31.7倍。     

EVA增敏的光纤光栅径向压力传感特性研究

提出了一种采用乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)封装增敏的光纤光栅径向压力传感方案,将光纤光栅用EVA材料和方钢封装成半哑铃型传感单元,利用有限元软件对结构体受力分布进行了仿真,理论分析了传感单元在径向压力作用下的响应特性,并建立实验系统对光纤光栅径向压力传感特性进行验证。研究结果表明:当径向压力在0~0.3 N范围内时,封装后的光纤光栅对径向压力响应具有很好的线性度;对径向压力的灵敏度相对于裸光栅提高了100.74倍,经匹配法解调后,系统的灵敏度最高可以达到0.94 nm/N;对于解决微小径向应变精确测量的实际工程需求具有重要的参考意义。     

光纤光栅边孔封装技术

提出了一种新型的光纤光栅压力增敏封装技术——边孔封装技术,它通过改变封装体的几何结构实现了高倍数的压力增敏效果,较大程度减小了压力增敏倍数对聚合物材料参量的依赖性。采用有限元理论建立了边孔封装结构的压力传感模型,分析了封装体几何结构变化对封装后压力灵敏度的影响。采用聚合物材料进行了封装制作实验,测量结果表明封装后光纤光栅的压力灵敏度为5251 pm/MPa,是封装前压力灵敏度的1750倍,并将交叉敏感问题改善了近三个数量级,可满足高精度水下压力测量的应用要求。     

光纤光栅的温度增敏实验

用热膨胀系数较大的聚合物材料对光纤光栅进行封装处理,极大地提高了光纤光栅的温度灵敏度。我们将光纤光栅封装于两种不同的聚合物材料中,其温度灵敏度分别提高6倍和23倍之多。这是迄今有文献报道的最大的光纤光栅温度灵敏度。     

聚合物封装的高灵敏度光纤Bragg光栅温度传感器

将光纤光栅封装于一种有机聚合物基底中,制成温敏元件,测量了20～100℃不同温度下光纤光栅的反射谱.由于基底材料的带动作用,封装后的光纤光栅温度灵敏度为83.07×10-6/℃,是相应裸光纤光栅的12.3倍.     

光纤布喇格光栅的金属管封装与电调谐

本文用薄金属套管对光纤光栅进行了封装,并利用其进行了光纤布喇格光栅的电调谐实验.这种调谐方法保持了光纤光栅体积小的优点,操作简便,可远距离实现,光纤光栅的波长变化与电流的平方或电功率成正比.实验中用3.2A的电流获得了3nm的波长调谐,调谐速率约为0.59nm/W.     

一种新颖封装的耐高温光纤Bragg光栅温度传感器

分析了光纤Bragg光栅的传感原理,将光纤光栅置于细钢管通过一种耐高温胶粘结细钢管两端使光纤光栅在高温下不脱落,并通过细钢管上的中间螺纹给光纤光栅施加预应力,使光纤光栅在温度变化过程中一直保持张紧状态,保证传感器有很好的重复性和良好的线性.实验结果表明:该FBG光纤光栅温度传感器灵敏度为0.0252 nm/℃,有良好的重复性和线性,温度测量范围达200℃以上,可应用在高温环境测量温度的变化.     

单光纤光栅波谱展宽温度压力同时区分测量

报道了利用单光纤布拉格光栅反射波带宽展宽技术实现温度与压力同时区分测量的新方案。通过聚合物材料将光栅粘接于双孔悬臂梁非均匀应变区 ,在压力作用下悬臂梁带动光栅发生非均匀应变 ,使布拉格反射波波长漂移的同时带宽展宽 ,而温度变化仅引起反射波波长漂移。在 2 0～ 10 0℃和 0～ 7.8N的温度和压力测量范围内 ,温度测量精度± 1.1℃ ,压力测量精度± 0 .18N ,布拉格反射波中心波长漂移量和带宽展宽量随温度和压力的变化呈良好的线性关系 ,线性度均高于 99.6 %。多次测量表明 ,此方案的展宽波形稳定 ,重复性好。     

基于边缘解调技术的光纤光栅波登管压力传感器的研制

研制了光纤光栅弹簧管压力传感器,并与双边缘解调技术相结合搭建了基于边缘解调技术的光纤压力传感器检测系统,对传感器和解调器的性能进行了测试,给出了实验结果.压力灵敏度为0.33nm/MPa,解调系统线性拟合度为0.99977,系统压力测量分辨率可达0.01MPa.     

Fiber Bragg grating hydrophone with high sensitivity

A fiber Bragg grating （FBG） hydrophone with high sensitivity was demonstrated. This hydrophone used a rubber diaphragm and a copper hard core as the sensing element. To compensate the hydrostatic pressure, a capillary tube was fixed at the end of the hydrophone. Theoretical analysis of the acoustic pressure sensitivity was given in this letter. Experiments were carried out to test the frequency response of the hydrophone. The result shows that when the Young＇s modulus of the diaphragm is higher, a flatter frequency response will be obtained.     

波纹内翅片管中对流换热与阻力特性的实验研究

本文研究了空气在一种波纹内翅片管内强制对流的换热与阻力特性,得出了所测参数范围内换热Nusselt数和阻力系数f随Reynolds数变化的实验关联式,并与类似波纹内翅片管的换热效果进行了比较,结果表明波纹内翅片管换热强化的程度与其结构有很大的关系。     

Analysis of multimode BDK doped POF gratings for temperature sensing

We report a temperature sensor based on a Bragg grating written in a benzil dimethyl ketal (BDK) doped multimode (MM) polymer optical fiber (POF) for the first time to our knowledge. The thermal response was further analyzed in view of theory and experiment. In theory, with the order of the reflected mode increasing from 1st to 60th order, for MM silica fiber Bragg grating (FBG) the temperature sensitivity will increase linearly from 16.2 pm/°C to 17.5 pm/°C, while for MM polymer FBG the temperature sensitivity (absolute value) will increase linearly from ?79.5 pm/°C to ?104.4 pm/°C. In addition, temperature sensitivity of MM polymer FBG exhibits almost 1 order larger mode order dependence than that of MM silica FBG. In experiment, the Bragg wavelength shift will decline linearly as the temperature rises, contrary to that of MM silica FBG. The temperature sensitivity of MM polymer FBG is ranged from ?0.097 nm/°C to ?0.111 nm/°C, more than 8 times that of MM silica FBG, showing great potential used as a temperature sensor.     

光纤光栅弹簧管压力传感器的压力和温度特性

本文利用弹簧管对于压力的机械放大作用,将弹簧管与光纤光栅悬臂梁调谐技术相结合,研制了一种新颖的光纤光栅弹簧管压力传感器,大大提高了光纤布喇格光栅对压力测量的灵敏度,压力灵敏度系数可达-1.79×10^-4/MPa,比裸光栅提高了两个数量级,在0～12MPa的压力范围内,光纤布喇格光栅中心反射波长的改变与压力成良好的线性关系.同时由于悬臂梁热膨胀效应的影响,光纤光栅的温度灵敏度提高为裸光栅的7倍.     

Pressure sensing utilizing linear cavity erbium-doped fiber laser

In this paper, we report a fiber laser pressure sensor based on linear cavity erbium-doped fiber laser. The fiber laser structure comprises of an erbium-doped fiber amplifier, a circulator, an optical coupler and a fiber Bragg grating (FBG) which acts simultaneously as a lasing wavelength selecting components as well as a pressure sensor. The FBG is fitted to the shock tube where the pressure is applied. The fiber laser pressure sensor has a low threshold power of 7 mW, an output power of 2.28 mW and an optical signal to noise ratio over 55 dB. The proposed fiber laser sensor is expected to be an attractive choice for long-distance pressure monitoring.