谱带吸收式光纤温度传感器

本文提出了一种新颖的半导体谱带吸收式光纤温度传感器系统结构.分析了半导体谱带吸收式光纤温度传感器的原理,推导了其数学模型.该传感器用反射式传感结构,以砷化镓半导体材料作为温度敏感元件,并利用除法器消除了传感器光源的波动及光纤的连接损耗,使传感器具有结构简单、抗环境干扰、高可靠性特点.文中对传感器的整个系统进行了设计和分析,并进行了实验测试,实验结果显示:该传感器在－20～110℃的温度范围内有1℃的测量精确度,并且温度从110℃降到15℃时的时间响应为25s.     

光纤温度传感器输出特性研究

设计了一种基于半导体光吸收原理用于对环境温度进行测量的光纤温度传感器.该传感器使用砷化镓晶体为温度敏感材料,采用透射式探头结构,以塑料光纤为传光介质,具有结构简单、可靠、成本低的特点;通过实验研究了采用不同光源时传感器系统的输出随温度的变化关系,分析了光源的光谱特性对传感器系统的测温范围及灵敏度的影响;最后提出一种采用双波长补偿系统提高系统抗干扰能力和稳定性的改进意见.     

基于高斯白噪声调制的布里渊光相干反射温度传感器

根据光纤布里渊频移量随温度变化的特性,提出一种基于布里渊光相干反射技术的分布式光纤温度传感器.利用噪声信号的无周期特性,采用高斯白噪声信号对系统的光源进行电流调制,克服了现有布里渊光相干反射技术无法同时兼顾传感距离和空间分辨率的问题.实验研究表明,该传感器在253m的普通单模光纤上实现了分布式温度测量,获得了54.6cm的空间分辨率和±1.07℃的温度测量准确度.     

一种基于谐波检测技术的光纤甲烷气体传感器

甲烷是易燃易爆气体,是矿井瓦斯及天然气等多种气体燃料的主要成分.气体爆炸一直是困扰煤矿安全生产的重大难题,因此现场实时检测甲烷气体浓度对于工矿安全运行,人身安全有着至关重要的作用.基于甲烷气体近红外吸收的机理,研究了一种以DFB LD为光源的高灵敏度光谱吸收型光纤甲烷气体传感器.利用光源调制实现气体浓度的谐波检测,用二次谐波与一次谐波的比值来消除光路干扰.建立了谐波检测的数学模型,给出了甲烷气体的测量结果.利用光纤作为传光通道,使得探头可以与测量电?肥迪滞耆绺衾?增强了系统的安全性.     

光纤表面粗糙度检测系统的研究

基于传光型光纤传感器,利用反射式光强调制原理,设计了一套材料表面粗糙度的检测系统。整个系统包含光源、Y型光纤束、反射调节控制装置和数据采集部分,采用单片机作为控制系统。分析了光纤束端面与检测样品距离的变化对检测结果的影响。     

一个新型的基于全光纤Mach-Zehnder干涉仪BOTDR系统

报道了新型的分布式传感测量布里渊光时域反射(BOTDR)系统.布里渊散射频移和强度均依赖于温度和应变,因此,BOTDR利用光纤中的自发布里渊散射作为测量信号可以实现分布式温度和应变测量.在BOTDR中,光源采用窄谱半导体激光器,并由声光调制器调制成脉冲光,经掺铒光纤放大器放大后,注入测试光纤以产生自发布里渊散射.利用双通Mach-Zehnder干涉仪分离光纤背向散射中的自发布里渊散射与瑞利散射信号,实现了自发布里渊散射的直接检测.实验结果表明基于全光纤Mach-Zehnder干涉仪BOTDR方案是可行的.     

半导体吸收型光纤温度传感器线性度分析

良好的线性度能提高有效测量区域的精度。为提高半导体吸收型光纤温度计的测量精度和范围, 根据光源发射谱应能覆盖半导体的吸收边原理, 利用在常温下发射波长为850nm的光源, 着重讨论了半导体吸收谱线和光源辐射光谱的相互关系对温度测量线性度的影响。通过对GaAs材料的吸收谱随光子能量变化规律的理论分析, 以及光源输出光强随温度变化的实验数据的分析, 将温度线性测量范围从20 ℃～80 ℃拓宽至10 ℃～90 ℃; 从光源的发射光谱特性和选用半导体材料的吸收谱线两个方面着手, 得出提高光源输出功率可相应拓宽温度的线性测量范围的结论, 为半导体吸收型光纤温度传感器的高精度测量提供参考。     

基于酒精与磁流体填充的单模-空芯-单模光纤结构温度磁场双参数传感器

提出了一种基于空芯光纤模间干涉原理的环境温度和磁场双参数传感器,为了使光入射进空芯光纤壁中,将空芯光纤与单模光纤错位熔接,传感部分用毛细玻璃管封装,空芯光纤内外分别填充酒精和磁流体.除了光纤材料的热光效应和热膨胀效应外,环境温度变化会引起两种溶液折射率的变化,而磁场变化仅引起空芯光纤外的磁流体折射率变化.理论计算可知空芯光纤壁中可支持多个模式传输并相互干涉,各模式传输相位对内外溶液折射率变化灵敏程度不同.因此,干涉谱中两个含有不同模式成分的波谷,即波谷1和波谷2,它们的漂移可以作为指示信号,通过建立敏感矩阵可同时解调出周围环境温度与磁场的变化.实验中,在28—58℃范围内,温度传感灵敏度可达-468 pm/℃;在0—169 Oe范围内磁场传感灵敏度可达82 pm/Oe.该传感器具有高灵敏度与高机械强度,并且能够实现温度与磁场的同时测量,有效消除了温度波动对磁场测量信号的干扰.     

一种3×3Sagnac光纤高压电流传感器的设计

提出了一种新颖的光纤干涉型电流传感器结构 ,对其工作原理进行了分析 ,导出了其光路部分的数学模型 ,并通过实验验证了该传感器设计的合理性。与法拉第磁光效应的光纤电流传感器相比较 ,该传感器能自动补偿光纤固有的双折射和温度等环境变化产生的干扰以及光源幅度噪声的影响等优点 ;与一般干涉仪相比其工作动态范围可以扩大数百倍。     

基于光放大的光纤Fizeau应变传感器频分复用系统

提出了一种可频分复用基于光放大的光纤Fizeau应变传感器的方法，从原理上解决了现有光纤Fabry-Perot传感器固有的两大弱点：信号弱和复用难.利用掺铒光纤的放大作用，既形成宽带光源，又放大了微弱的信号.描述了该应变传感器系统的结构、原理及实验结果.实验表明该复用传感器应变测量精度可达±10με，可满足实际应用的要求. 关键词： 光纤传感器 光纤应变传感器 掺铒光纤 复用     

基于光纤粗锥型马赫-曾德尔干涉仪的高灵敏度温度传感器的研制

光纤传感是现代光纤技术的重要应用之一。制作了一种基于两个单模光纤粗锥串接的全光纤型马赫-曾德尔高温高灵敏温度传感器。纤芯中传输的光通过第一个光纤锥耦合, 一部分进入纤芯传输,另一部分进入包层形成包层模,纤芯模和包层模具有不同的有效折射率,经过干涉臂的传输产生了光程差。纤芯和包层传输的光再经过第二个光纤锥耦合,形成干涉进入输出光纤传输。对不同长度的传感器进行实验研究,得出传感臂长度与干涉周期之间的关系。研究了传感器温度响应特性,给出了温度响应灵敏度。实验结果表明,在30～400 ℃温度范围内,长度为35 mm的传感器可以得到较高的温度响应灵敏度,其响应灵敏度为0.115 nm·℃-1。利用傅里叶变换对传感器透射谱进行了分析,可以确定在长度为35 mm的传感器中仅有基模LP₀₁和高阶模LP₀₈两种模式,透射谱就是由这两种模式干涉形成的。该传感器体积小、精度高、抗电磁干扰,具有易于制作、对比度大、质轻、灵敏度高、耐高温等优点。可用于高温气体温度测量及油气井测井等领域的高灵敏度温度传感测量。     

Novel optical sensor for simultaneous measurement of liquid concentration and temperature

The paper describes a new optical sensor for simultaneous liquid concentration and temperature measurement. Temperature-dependent semiconductor absorption at the band edge is used as the principle of the temperature measurement, and the sensor exploits beam deviation caused by refraction due to the liquid concentration at the receiving end face of the optical device. The light intensity peak value and its deviation are detected by a charge-coupled device (CCD), and then the measured optical signal is reflected by a reflecting pyramid prism. The sensor probe is composed of an intrinsically pure GaAs single crystal, a reflecting pyramid prism, a partitioned water cell. Theoretical analysis and preliminary experimental results verify the feasibility of the proposed system.     

基于多波长布里渊光纤激光器的温度传感特性

为了在高腐蚀、高辐射和强电磁干扰等复杂环境下实现对温度的精确测量,设计并实验了一种基于传感多波长布里渊光纤激光器(MBFL)和参考MBFL的高灵敏度全光纤温度传感器。理论和实验上分析了布里渊散射光的频移与温度变化之间的关系,根据输出斯托克斯激光信号对拍频所得微波信号的频移变化,测量温度的变化。通过带宽为0.1 nm的可调谐光滤波器选择第10阶斯托克斯激光信号对输出,并对其进行拍频探测,实现对传感MBFL周围温度变化的精确测量。通过拍频探测第10阶斯托克斯激光信号对,得出其灵敏度为10.829 MHz/℃。当选用第10阶斯托克斯激光信号对进行温度测量时,温度变化40℃的测量误差约为0.138℃。     

反射式光纤温度传感器

本文根据半导体GaAs材料带隙随温度变化的原理,对采用单根光纤作双向传输光信号的反射光纤温度传感器进行了试验研究。由微型计算机控制的光纤测温系统的测温范围为0～150℃精度±1℃,分辨率0.2℃。     

光纤光栅的双向温度/波长调谐技术研究

为了对光纤布喇格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG) 的中心反射波长进行双向调谐,提出了采用半导体致冷器、热敏电阻配合控制电路对FBG的工作温度进行双向精确控制实现温度/波长调谐的方法,讨论了温度/波长调谐的实现技术,并研制了FBG双向温度调谐器样品.在0℃、20℃、40℃环境温度条件下对调谐器进行了范围为－20℃~60℃、步进为10℃的温度扫描测试.实验结果表明：FBG调谐器的中心反射波长与设定的温度有较好的线性关系,除波长外其它光栅特性基本不随调谐温度改变;调谐装置准确度优于0.05 nm,且受环境温度变化的影响较小.     

半导体光纤温度传感器

本文利用半导体材料的吸收光谱随温度变化的特性,研制了数字显示光纤测温仪。经过反复试验,该仪器在-20°～200℃温度范围内的测温精度为±2℃。     

应用于塑料光纤系统的LED的温度特性及其补偿

本文介绍了塑料光纤系统的特点,光源和探测器的温度特性以及温度补偿方法,并指出塑料光纤系统是当前传输距离50米以内应用最活跃的光通信系统和光纤传感器系统。     

基于单片机的光纤半导体温度传感器的研究

提出了一种基于单片机技术的光纤半导体温度传感器.利用GaAs晶体对光的吸收率与温度所存在的确定关系进行测温,并采用单片机进行信号检测与信号处理.实验表明,所研制的传感器具有较高精度,精度为0.2℃(-50～150℃).现场试用情况表明,此光纤半导体温度传感器具有较高时间稳定性、高重复性、高可靠性、高性价比等特点,是一种应用前景广阔的传感器.