光纤光栅传感器的波长检测系统及其理论分析

理论分析并实验研究了基于光纤光栅滤波调谐技术的光纤光栅传感系统。分析了由于光源光强度波动及光纤扰动而引起的波长测量误差，并给出了减小测量误差的方法。该系统采用应变仪作为读出设备，使测量结果的线性拟合度达0．9995，测量光纤光栅布拉格波长移动的最小分辨率为1．3pm。     

应用平衡双光纤光栅动态解调技术测量应力的研究

报道了一种基于解调技术使用双光纤光栅测量张力的方法。在外界拉力下一个光纤布拉格光栅反射波长的漂移被转变成从另一个被压电陶瓷片调制的光栅反射的光脉冲间隔的变化。实验表明，当测量一个40N以内的力时，测量精度可达到2．5mN。     

用双周期光纤光栅实现温度和应变的同时测量

介绍了光纤光栅传感器的一般原理，分析了长周期光纤光栅和Bragg光纤光栅的应变和温度响应机理。结果表明，长周期光纤光栅和Bragg光纤光栅的温度和应变灵敏度不仅与纤芯参数和光栅周期有关，还依赖于包层参数。在同一根光纤上先后写入长周期光纤光栅、Bragg光纤光栅，利用长周期光纤光栅和Bragg光纤光栅基模与包层模耦合时温度和应变灵敏度的不同，实现应变和温度的同时测量。     

光纤投影双频自动轮廓测量术

提出一种双频光纤投影自动轮廓测量技术；用一分二单模光纤耦合器产生正弦光强分布的投影光栅场；将光纤一臂绕在压电陶瓷（ＰＺＴ）环上述旁瓣通过压电陶瓷环引入相移值；以改变出射端两光纤间的距离来发迹投影光栅场的空间频率，用双频光栅技术实现复杂表面自动轮廓测量。     

分时复用光纤光栅振动传感器阵列

结合基于3×3耦合器的光纤Mach-Zehnder干涉仪和可调谐光纤Fabry-Perot滤波器（Fiber-Fabry-Perot,FFP）,提出了一种分时复用光纤光栅振动传感器的技术.用FFP对串联在一根光纤上的光纤光栅的波长进行轮流扫描,让光栅的反射光按波长顺序依次通过FFP.而对于每一光纤光栅上外加的振动信号,用光纤Mach-Zehnder干涉仪进行测量.实际测量结果显示,FFP结合Mach-Zehnder能够对每一只光栅上的振动信号进行分时测量.     

基于光纤布拉格光栅传感器的光纤光栅智能夹层试验研究

传感元件与复合材料的一体化是智能结构研究的最终目标之一。设计一种具有自诊断功能的标准化、模块化光纤智能夹层系统,正是实现这种一体化最有潜力的技术途径。采用聚酰亚胺薄膜制作了基于光纤布拉格光栅（FBG）传感器的光纤光栅智能夹层,对智能夹层中光纤布拉格光栅传感器的应变、温度特性进行了标定试验,并建立了基于光纤布拉格光栅传感器光纤光栅智能夹层的应变、温度测量模型。试验表明,智能夹层内布拉格光栅波长偏移与应变、温度之间具有良好的线性关系。不过在温度测量时,必须考虑被埋人结构的热膨胀效应。利用光纤光栅智能夹层内光纤布拉格光栅传感器网络和先进信息处理技术,可以建立结构损伤主动、在线和实时监测系统。     

光纤光栅腐蚀传感器

提出了一种测量钢筋腐蚀的新型传感器.这种传感器将光纤光栅拉伸后固定在圆形钢筋的表面，在钢筋被腐蚀后，光纤光栅所受到的拉伸应变将被释放，光纤光栅的反射光波长发生变化，通过测量光纤光栅的波长就可以测得钢筋腐蚀程度.这种传感器测量准确度优于±0.1 μm，测量范围约12 μm，可用于混凝土结构中钢筋腐蚀的早期监测.     

光纤光栅制作中波长拉力控制技术的研究

介绍了在相位掩模板法制作光纤光栅的过程中,通过测量和调节光纤在拉直状态下所承受的拉力,从而精确控制光栅布拉格波长的光纤光栅制作方法。利用此方法,可使光纤光栅的波长制作误差控制在±0.05nm以内,并利用一定周期的相位掩模板制作5nm波长范围内的任意波长的光纤光栅,极大地提高了相位掩模板法制作技术的效率和灵活性。同时,提出了利用扫描曝光技术,在光纤光栅刻写过程中持续改变光纤拉力,制作啁啾光纤光栅的新方法。     

光纤光栅水听器技术实验研究

采用光纤布喇格光栅作为基本传感器件, 设计制作了光纤光栅水听器. 利用匹配光纤光栅解调技术, 实现了高灵敏度、高速度的动态信号测量, 并进行了相关的水下声音测量实验. 实验系统可测量水声信号频率范围为10 Hz~3 kHz, 测量动态范围为60 dB, 其结果具有很高的线性度.     

可分离温度影响的FBG应变测量方法

光纤布拉格光栅在通信和传感领域具有广泛的应用。利用光纤布拉格光栅中心波长的偏移，可以测量温度和应变等多种物理量，但必须解决光栅对温度和应变的交叉敏感问题。该文简要分析了光纤光栅作为传感器的基本原理及其优点，设计了利用参考光栅法分离温度影响以及利用掺铒光纤的自发发射放大特性分离温度影响的2种应变测量方法。最后，介绍了一种利用倾斜光纤光栅的主模和边模对布拉格光栅中心波长的偏移进行解调的方法，该方法成功地分离了温度对应变测量的影响。     

啁啾光栅结合边缘线性滤波解调的 FBG应变测量系统

介绍一种采用啁啾光栅并结合边缘线性滤波解调的FBG应变测量系统。系统中探头以2个光纤布喇格光栅(FBG)的波长差作为传感信息测量等强度悬臂梁的应变，避免了测量过程中温度变化因素对测量结果的影响，并且提高了灵敏度和分辨率。采用啁啾光栅结合长周期光纤光栅边缘线性滤波技术的波长解调方案，理论上证明了该系统的可行性，系统测量范围为0～500με，在海上开采平台、高层建筑、大型基础构件、桥梁大坝等结构的健康监测中具有一定意义。     

Experimental verification of response of embedded optical fiber Bragg grating sensors in non-homogeneous strain fields

One of the advantages of optical fiber sensors is their ease of embedment within a structure for non-destructive strain monitoring. In particular, Bragg grating sensors are written directly into an optical fiber hence remaining unobtrusive. In addition, several gratings can be written in series along a single fiber, permitting sensing at discrete points throughout the strain field. However, in regions of strong strain gradients, measuring the strain at discrete points may not be sufficient. One solution is to write a Bragg grating longer than the strain region of interest and use the change in its spectral response to determine the applied strain field as a function of position along the fiber. This paper presents an experimental verification of the response of an embedded optical fiber Bragg grating (OFBG) to applied non-homogeneous strain fields. Optical fiber Bragg grating sensors were embedded in four epoxy specimens of different forms so as to apply known strain functions along the gauge length when the specimen is under uniaxial tension. The complete spectral response of the Bragg gratings was then measured as a function of increasing load. The results are compared with analytical calculations, based on the piecewise-uniform period assumption for chirped gratings. Finally, the use of these spectra is discussed as possible basis functions for the resolution of an arbitrary applied strain distribution.     

三角形大带宽反射光谱光纤光栅的设计和制备

反射谱具有三角形形状的光纤光栅在光纤传感等领域中具有重要的应用前景。利用遗传算法设计出了产生三角形光谱分布的光纤光栅的耦合系数沿光纤的分布。计算表明,三角形光谱光纤光栅是可以实现的,其反射带宽可以通过光栅的啁啾量进行调节,常周期的三角光栅反射带宽小,变周期的三角光栅反射带宽大,其带宽同其啁啾量大致相等。实验中,采用光束扫描法制备了反射底宽为0．77nm三角形光谱的光纤光栅。     

一种简易的光纤光栅涂覆装置

阐述了对裸光纤光栅进行涂覆的原理和必要性。设计了一种简易可行的光纤光栅涂覆装置。该装置简单灵活,成本较低,尤其适合于长度较长的光纤光栅的一次性涂覆,涂层厚度灵活可调。以啁啾光纤光栅为例进行了涂覆实验,涂层光滑均匀,涂覆后的光栅强度得到了增强,抵抗机械应力的能力得到了提高,使用起来更方便。对光栅在涂覆前后分别作了特性参数测试。结果表明,光栅特性基本上不发生变化,性能未劣化,光纤光栅的涂覆简单易行。     

Slow and fast light using fiber Bragg grating F-P cavity

In this paper, we analyzed the properties of fiber Bragg grating F-P cavity with different grating parameters at two ends. The features of transmission spectra and group velocity were investigated under different parameters including slight increase for the differences of the lengths of the two gratings, the periods of the two gratings, the refractive index modulation depths of the two gratings. The characteristics of the slow light in fiber Bragg grating and fiber Bragg grating F-P cavity were also compared. The results of this study can be useful for actual experiments and applications in using the fiber Bragg grating F-P cavity in the slow light.     

一种基于光纤光栅法布里-珀罗腔的低频振动传感器

提出了一种基于光纤光栅法布里-珀罗(F-P)腔的低频振动传感方案并进行了理论分析和实验研究。采用单频激光器作为光源,光纤光栅F-P腔通过两点涂胶方式粘接在等强度悬臂梁上,待测振动信号通过支架和悬臂梁将振动作用传至光纤光栅F-P腔,引起腔长周期性变化,从而改变光纤光栅F-P腔的反射光谱特性,通过解调输出光信号的振荡频率和峰值,即可实现对振动信号频率和幅值的测量。利用压电陶瓷模拟的低频振动信号进行了实验验证,测量结果与理论分析相吻合。该传感器测量灵敏度高,特别适用于微弱振动信号的测量。     

非线性二次曝光法制作三角形光纤Bragg光栅

提出了一种利用非线性二次曝光技术制作三角形光纤Bragg光栅的新方法.该方法只使用普通Bragg位相模板,采用两次曝光技术,通过控制光纤光栅的本地谐振波长和反射率,达到控制光纤光栅谱形的目的.第一次直接对光纤曝光,用来控制光纤光栅谐振波长;第二次通过位相模板曝光,用来控制光纤光栅的反射率.考虑到光敏光纤感光特性曲线的多项e负指数变化规律,按照"分步写入光纤光栅设计软件"进行曝光分布设计,利用"分步曝光光纤光栅写入系统"进行曝光控制,使用信息产业部第46研究所生产的DCS-01型光敏光纤,得到了线性范围1.24 nm、反射率为0～64%的三角形光纤Bragg光栅.三角形光纤Bragg光栅作为光纤光栅传感解调器件,在光纤传感领域具有重要应用价值.     

利用非均匀镀铜技术实现光纤光栅的色散可调

提出了一种利用非均匀镀铜技术在光纤光栅的外包层镀上径向均匀轴向厚度渐变的铜膜,通过温度控制来调节光纤光栅的啁啾量,从而实现光纤光栅的色散可调,用于动态的色散补偿。在理论方面,建立了完整的热平衡方程,对轴向厚度渐变镀铜膜光纤光栅在温度控制下的受力情况进行分析;分析了光纤光栅在同时受到温度变化和非均匀应力时的反射、时延、色散等特性,并进行了数值仿真。在实验方面,在自制的均匀光纤光栅上利用先真空镀后电镀的方法镀上了轴向厚度渐变的铜膜,并对镀膜后的光纤光栅利用温度调节装置进行测试,不同温度变化下光纤光栅的特性和理论仿真结果基本一致,从而验证了理论分析的正确性。     

线性啁啾光纤光栅的数值分析

本文利用耦合模方程对线性啾光纤光栅的反射谱进行了计算,并讨论了方程中各参数对计算结果的影响.     

用相位掩模法制作光纤光栅的技术

准分子激光照射相位掩模后,在近场形成周期的条纹分布,利用近场光强对光敏光纤进行曝光,可以在纤芯中写人光栅。对光纤光栅折射率分布进行合理假设,运用耦合模理论计算了光纤光栅的反射率,对其反射率与相关参数的关系进行了讨论,并且分析了用相位掩模技术制造光纤光栅的影响因素,得出要获得窄带宽高反射率光栅需有适当的折射率调制和大的光纤光栅长度的结论。另外还导出了掩模板后表面的近场光强分布和光纤光栅的周期公式。