光纤传感器的分类及其应用原理

光纤传感器是一种有广泛应用前景的新型传感器。文章介绍了光纤传感器的基本原理、分类及其优点。并分别阐述了光强调制型、相位调制型和偏振态调制型光纤传感器的应用原理及基本特点。     

分布式光纤传感器在预应力结构健康监测中的应用

 光纤传感器是近年来随着光导纤维技术的发展而出现的新型传感器,它具有抗电磁干扰能力强、安全性能高、灵巧便捷、使用方便等特点。光纤传感器的基本原理是将光源入射的光束经由光纤送入调制区,在调制区内,外界被测参数与进入调制区的光相互作用,使光的光学性质(如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等)发生变化成为被调制的信号光,再经光纤送入光敏器件、解调器而获得被测参数。随着交通运输的发展而发展起来的近代桥梁,至今已有200多年的历史。1989年,美国首次提出将光纤传感器埋入混凝土建筑和结构中以后,英国、加拿大、日本、西班牙、韩国等一些国家相继在这一领域投入大量精力进行光纤传感器在混凝土结构中的应用研究。     

四端光纤补偿网络的理论分析

强度干扰是阻碍强度调制光纤传感器发展及应用的关键问题.研究表明,光纤网络补偿方法对抑制强度干扰是一种行之有效的方法.作者经过深入的研究,提出了一种先进的四端光纤补偿网络结构.本文对四端光纤补偿网络进行了全面、系统的分析,揭示了网络的特性.这对于强度调制光纤传感器的发展及应用具有重要的意义.同时,对于强度调制光学测量系统也具有一定的意义.     

光纤超声传感器及应用研究进展

光纤超声传感器通过检测光纤内传输光的强度、波长、相位、偏振态等参数感知超声波的相关信息.相比于传统的电类超声换能器,光纤超声传感器能够实现宽频带超声波信号的高灵敏探测,且其良好的抗干扰能力和复用性,可有效地提高超声波探测的可靠性和效率,在水下国防安全、生物成像、无损探伤、地震物理模型成像等领域具有巨大的应用潜力.目前,按照传感结构,光纤超声传感器可分为光纤强度调制型、光纤干涉型和光纤光栅型,并在不同方面发挥着各自的优势,均受到关注.本文主要综述了这几种传感器的传感机理、实现方法、发展现状,总结了光纤超声传感器的几个应用领域及面临的科学技术挑战,重点讨论了光纤超声传感器作为一种新技术应用于地震物理模型成像.     

一种反射式强度调制型光纤传感器的设计与实现

本文介绍了一种结构简单、易于实现的反射式强度调制型光纤传感器．它是根据光纤端面与被测物体之间所构成的反射接收关系制作而成的．文中给出了平面反射式强度调制型光纤传感器所依据的理论公式,采用L—M非线性拟合算法,使用制作的传感器采集数据并对光纤传感器各参量进行了标定．目前用这种方法制作的光纤传感器已经成功应用于教学实验．     

光纤传感器系统中的功能光纤

本文结合光纤传感器的应用实例,对光纤传感器中光纤的选用进行了比较详细的讨论.光纤传感器是一种新型和具有一定特殊应用的传感器,如光纤陀螺、光纤流量计等,由于其自身的特点,具有其他传感器无法替代的优势.在这些传感器中,光纤的选用是致关重要的,特别是传感器用光纤的特性及对光纤传感器的影响;本文提出了光纤传感器设计过程中选用光纤的一些重要依据并论及了发展传感器用光纤对光纤传感器的重要意义.     

用于干涉型光纤传感器的相位生成载波解调技术

相位生成载波技术是用于光纤传感器中很重要的一种信号解调方法。简要说明了相位生成载波调制的原理和两种基本的调制方法 ,着重介绍了相位生成载波调制信号的解调方法 ,包括 :零差法、伪外差法和合成外差法 ,并对以上各种方法进行了分析比较。对相位生成载波技术在干涉型光纤传感器中的应用作了详细的介绍。针对现在最有希望用于智能结构的光纤布拉格光栅传感器 ,介绍了相位生成载波技术在这方面的应用。     

用于光纤光栅压力传感器的一种新型布喇格波长调解系统

介绍了一种基于双光纤布喇格光栅实现波长解调的高准确度、低成本光纤光栅压力传感器．在外界压力下，传感光纤布喇格光栅的反射波长产生漂移，其漂移量被粘贴在以一定频率上下扫描的等强度悬臂梁上的匹配光纤布喇格光栅调制为系统输出时间脉冲序列的脉冲宽度．实验结果表明：该解调技术的波长测量范围为0～3nm，波长测量的不确定度为1pm，对于量程为0～6MPa的压力传感器其测量的不确定度为0．005MPa．     

光纤麦克风传感探头设计的理论分析

鉴于光纤传感器具有体积小、结构简单、灵敏度高、抗电磁干扰且光纤本身的低损耗、耐腐蚀和安全可靠等优良特性,将光纤传感器应用到麦克风中可使麦克风的体积显著降低而灵敏度和抗电磁干扰性显著提高。提出一种新型反射式光纤麦克风的设计方法,采用Y形单根多模反射式光纤传感探头结构形式,给出了光纤麦克风的系统框图。由光纤出射光场分布理论出发,给出弹性膜片在声场作用下,中心形变大小h与出射光光强调制函数I(Z″)的关系。根据实际应用中有关参数的取值,用Matlab软件模拟出膜片形变后变形量h与光强调制函数I(Z″)的关系曲线。     

基于无芯光纤强度调制型液位传感器的设计与性能

利用强度调制型光纤传感器容易解调的优势,提出了一种强度调制型光纤液位传感器.传感器由三根无芯光纤组成,其中,无芯光纤1与无芯光纤2串联构成测量臂,无芯光纤3构成参考臂.仿真分析得出,无芯光纤长度每缩短1mm,透射峰波长增加25.46nm.在0~50mm小液位范围内,实验测得传感器在水、5%NaCl、10%NaCl和15%NaCl水溶液四种液体环境中的液位灵敏度分别为0.069 5dB/mm、0.074 73dB/mm、0.077 49dB/mm及0.082 71dB/mm,线性度分别为0.998 25、0.998 49、0.988 11及0.995 13,线性度较高.该传感器可较好地消除光源光功率波动与环境温度变化带来的影响,重复性较好,在石油化工领域有一定的应用潜力.     

光纤传感器在石油测井中的应用

光纤传感器具有体积小、重量轻、抗干扰能力强、实时、高效、准确等优点。将其应用于石油测井，有利于提高勘探效率。介绍了流量测量、温度测量、压力测量、含水（气）率测量、密度测量、声波测量、自然伽马测量、光学电视测量等光纤传感器在测井中应用的基本原理以及光纤传感技术在石油测井方面的应用进展，列举了利用非本征F-P腔型光纤传感器测量压力、温度，利用光纤传感器和纳米技术测定油井的含水率等石油测井技术，分析了其优缺点。     

光纤加速度传感器研究进展

光纤加速度传感器与传统加速度传感器相比，不但能抗电磁干扰，而且体小、质轻、动态范围宽、精度高、能在恶劣环境下工作，因此受到各先进国家军事与商业领域的极大重视，各种实用的光纤加速度传感器不断涌现。主要有光强调制型和相位调制型两大类。光强调制式有反射式、透射式和偏振式等等。相位调制式有Ｍａｃｈ－Ｚｅｎｄｅｒ干涉仪、Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ干涉仪和Ｆａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ干涉仪。有一维的，也有二维的；有与水听器组合在一起的，也有与光纤陀螺仪组合的光纤加速度传感器。最小的已经做到２．５ｃｍ长，直径仅０．２５ｍｍ；测量精度已能达到１μｇ；共振频率可达到１０ｋＨｚ。为了克服温度不稳定性对测量精度的影响，人们采用了３×３耦合器解调法，双光路法，由单臂式改成推挽式等。一旦关键技术得以克服，光纤加速度传感器将会在惯性导航和其它领域发挥更重要的作用。本文将分别介绍目前各种类型光纤加速度传感器的结构、特点、走向实用化存在的问题。     

反射式光纤传感器光纤参量对调制系数的影响

介绍了反射式强度型光纤传感器的光强调制原理,并以最简单的光纤对为基础,仿真研究了光纤参量对光强调制特性的影响规律.给出了这类传感器设计的指导原则.     

光纤传感器及其发展趋势

光纤传感器是本世纪七十年代中后期出现的一种新型光学传感器．本文阐述了它的基木概念、工作原理及其分类等，介绍了它在国防建设和国民经济建设各个领域中的主要应用，评述了光纤传感器的现状及其发展趋势．     

光纤腐蚀传感器研究进展

光纤腐蚀传感器(FOCS)是近年来腐蚀监测传感器的研究热点,以其轻巧简便、抗电磁干扰和可分布式测量等优点使其具有诱人的应用前景。对金属腐蚀机理作了介绍,给出了几种常见的光纤腐蚀传感器的检测方法,阐述近年来光纤腐蚀传感器的最新进展,对未来光纤腐蚀传感器的发展趋势作进一步展望。     

光纤传感器与医学检测

 自从1976年光纤进入传感器这个领域以来,光纤传感器得到了飞速发展.光纤传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、多功能等优点,因此它在许多领域得到应用.     

塑料光纤(POF)的发展及其应用

阐述了阶跃型塑料光纤和渐变型塑料光纤的发展过程及其国内外研究现状,介绍了塑料光纤在局域网、汽车工业、传感器等领域的应用.通过对石英光纤、金属电缆与塑料光纤的性能进行比较,得到了塑料光纤具有芯径大、柔韧性好、价格低廉、制作简单等特点.就塑料光纤在局域网、汽车工业、传感器等领域的应用进行了分析、总结,结果表明降低塑料光纤的传输损耗可以进一步扩大其应用领域.最后分析了我国塑料光纤的研究、生产现状与国际水平的差距,并提出了提高国产塑料光纤技术水平的建议.     

高灵敏度光纤应变传感器

提出一种基于锥形光纤和光纤F-P腔组合结构的光纤应变传感器。该传感器包含单模光纤拉锥形成的锥区和石英毛细管构建的F-P腔2个应变敏感区域。理论分析了光波在该传感器中的传播过程,获得了该传感器的光强传输函数。由于锥形光纤中激发出的包层高阶模参与干涉,导致传感器干涉光谱具有调制特性。实验获得了该传感器的干涉光谱,通过分析谐振波长偏移或消光比变化对应变实现独立测量,在0~500 με的测量范围内,该传感器的应变灵敏度为14.6 pm/με。利用锥形光纤引发的模式干涉和F-P腔的双光束干涉效应共同作用形成受调制的干涉谱型进行应变传感,应变灵敏度高,同时具备2种独立的应变检测手段(谐振波长和消光比检测)。     

基于迈克尔逊干涉的光纤弯曲传感器

设计并研制了一种新型的基于迈克尔逊干涉的光纤弯曲传感器.该光纤弯曲传感器由两根光纤组成的光纤带固定于弹性弯曲结构上来产生迈克尔逊干涉信号,用光纤折射率匹配液填充微型腔,并施加音频振荡信号对相位干涉信号实现低频调制.采用相位生成载波技术对相位干涉信号进行调制和解调,实现了对曲率变化高精确度的检测.实验测试了该光纤弯曲传感器的相位干涉信号与光纤带弯曲曲率的关系,并与理论分析对比.结果表明该光纤弯曲传感器具有43.96 rad/m－1的灵敏度及0.004 m－1的高分辨率.     

平行光束反射光强调制型光纤位移传感器研究

讨论并建立了一种基于平行光束发射光强调制的光纤位移传感器，该传感器的入射和接收光纤的端部都用渐变折射率光纤（GRIN）制成的透镜耦合，入射光纤的渐变折射率光纤透镜发出的平行光束以一定入射角照射到试件表面，接收渐变折射率光纤透镜放置在入射光的镜面反射方向，详细分析了试件表面为镜面反射和朗伯反射时传感器的输出特性，由仿真计算可知，通过调整测头的结构参量，该传感器可获得较强的输出信号，适用于对测量范围和工作点有灵活要求的场合。