光纤布喇格光栅的制作和应用

本文简要介绍光纤布喇格光栅（ＦＢＧ）的原理及性能，并给出ＦＢＧ的制作方法。     

光纤布喇格光栅的理论分析

本文从耦合模理论出发推导了光纤布喇格光栅的最大反射系数和反射主峰带宽的表达式,以此为基础具体分析了相移光栅,导出了一些有重要意义的结果。     

基于阵列波导光纤温度特性的分布式光纤布喇格光栅解调法

设计了一种使用阵列波导光栅对分布式光纤布喇格光栅中心波长较大范围变化的解调方法.根据阵列波导光栅各通道的中心波长可随温度变化而改变的特性,通过控制软件循环地在几分钟内使加在阵列波导光栅的芯片温度从30℃线性增加到90℃,同时用微机高速采集各通道的数据并分别找出各通道数据的最大值时刻所对应的阵列波导光栅芯片温度,从而根据其波长-温度关系在微机上报告此时各光纤布喇格光栅的中心波长.实验结果表明,系统有效地解决了分布式解调的问题,微机以小于10min的周期报告出每通道0.6nm范围变化的光纤布喇格光栅中心波长(共40个通道),测量相对误差小于2%.     

基于阵列波导光纤温度特性的分布式光纤布喇格光栅解调法

设计了一种使用阵列波导光栅对分布式光纤布喇格光栅中心波长较大范围变化的解调方法.根据阵列波导光栅各通道的中心波长可随温度变化而改变的特性,通过控制软件循环地在几分钟内使加在阵列波导光栅的芯片温度从30℃线性增加到90℃,同时用微机高速采集各通道的数据并分别找出各通道数据的最大值时刻所对应的阵列波导光栅芯片温度,从而根据其波长-温度关系在微机上报告此时各光纤布喇格光栅的中心波长.实验结果表明,系统有效地解决了分布式解调的问题, 微机以小于10 min的周期报告出每通道0.6 nm范围变化的光纤布喇格光栅中心波长(共40个通道),测量相对误差小于2%.     

基于掺铒光纤/喇曼混合放大的光纤激光器布喇格光栅传感系统

提出了一种提高长距离光纤布喇格光栅信噪比以进行准分布测量的新方法.该方法基于掺铒光纤/喇曼混合放大的光纤激光器结构,掺铒光纤和滤波器构成的环形结构产生激光作为光源,喇曼光纤放大器对布喇格光栅信号进行低噪音的双向放大,置于远处的掺铒光纤利用剩余的泵浦功率产生自发辐射光和放大传感信号,为远处掺铒光纤之后的布喇格光栅传感器提供信号光以及补偿由于长距离传输造成的光纤损耗.实验显示,与使用宽带光源的传感方式相比,系统的性能得到显著提高,仅使用小功率泵浦,分布在50 km光纤上的FBG均获得了超过58 dB的优良信噪比.     

光纤布喇格光栅沉降传感器

根据光纤布喇格光栅的光学传感原理,提出了一种基于悬臂梁及金属弹性膜片的光纤布喇格光栅沉降传感器结构,对其传感特性进行了实验研究.实验通过产生水的液位差来模拟地基沉降,分析结果显示,光纤布喇格光栅中心反射波长漂移对液位差呈现良好的线性关系,线性度高于0.999,灵敏度可达-2.11 pm/mm.通过改变悬臂梁厚度和有效长度,可以对传感器测量范围和灵敏度进行调整,以满足各种应用场合.综合实验结果,该传感器在桥梁、铁路地基等沉降监测方面具有重要意义.     

光纤布喇格光栅沉降传感器

根据光纤布喇格光栅的光学传感原理,提出了一种基于悬臂梁及金属弹性膜片的光纤布喇格光栅沉降传感器结构,对其传感特性进行了实验研究.实验通过产生水的液位差来模拟地基沉降,分析结果显示,光纤布喇格光栅中心反射波长漂移对液位差呈现良好的线性关系,线性度高于0.999,灵敏度可达一2.11 pm/mm.通过改变悬臂梁厚度和有效长...     

基于焦耳热的光纤布喇格光栅电压传感器研究

设计了一种基于焦耳热的新型光纤布喇格光栅电压传感器以用于小电压的精确监测.实验中通过真空蒸镀法在光栅周围镀上一层金属镍,并将光栅密闭封装在充满气凝胶的铜管中.电压传感通过所镀金属镍层在通电过程中产生的焦耳热引起栅区温度升高,导致光纤光栅反射谱中心波长漂移,从而实现电压与光纤光栅中心波长漂移量的变换.实验表明,封装后的直流电压灵敏度达到520pm/V2,并可用于较低频率的交流传感,且系统结构简单、精度高、易于实现.     

一种新型双参量光纤布喇格光栅传感器的研制

介绍了一种新型的具有双参量测量功能的光纤布喇格光栅传感器.该传感器采用了特殊的结构,安装了两个不同中心波长的光纤布喇格光栅,可以实现两曲面之间狭小间隙的微小位移和温度的同时测量.实验表明,该传感器结构紧凑、体积小,具有良好的重复性和稳定性,位移测量误差不超过±10 μm,温度测量误差不超过±2℃.     

基于喇曼/掺铒光纤混合放大的长距离布喇格光栅传感器系统

提出了一种提高长距离光纤布喇格光栅信噪比以进行准分布测量的新方法.本方法基于双向喇曼放大和双掺铒光纤结构,喇曼光纤放大器对布喇格光栅信号进行低噪音的双向放大,置于远处的掺铒光纤利用剩余的泵浦功率产生自发辐射光和放大传感信号,为第二段掺铒光纤之后的远处布喇格光栅传感器提供光以及补偿由于长距离传输造成的光纤损耗.实验显示传感器系统的性能得到显著提高.使用功率为240 mW的单个普通泵浦,分布在50 km光纤上的FBG均可获得15 dB的良好信噪比,比混合放大前提高了10 dB.     

闪耀光纤光栅写制技术及解调技术研究

利用相位掩模法,对闪耀光纤光栅的写制技术进行了研究.在载氢光敏光纤中写制了不同倾斜角度的闪耀光纤光栅,给出了相应的结果谱图.利用闪耀光纤光栅的包层耦合模,通过侧面光检测技术,实现了一种以闪耀光纤光栅为分光器件的光纤光栅波长解调系统.对C波段的波长进行了解调,给出了实验系统及相应结果分析.     

光纤光栅称重传感器研究

提出一种基于光纤光栅传感技术的称重系统.用特种粘贴剂将布喇格光纤光栅(FBG)粘贴于悬臂梁的自由端,当悬臂梁自由端受力发生微挠度弯曲时,光纤光栅将沿轴向发生形变,通过监测布喇格光纤光栅传感器反射波长漂移测量悬臂梁的微挠度变化.通过分析悬臂梁结构,建立悬臂梁受力与挠度的数学关系,进而测量出加载在悬臂梁自由端应力的数值.通过对系统结构理论分析和实验验证,该装置称重测量范围达到50千克力,测量灵敏度达到0.05千克力,线性拟合度达到0.9997.     

光纤光栅温度传感的非线性现象

对光纤光栅温度传感反射波长相对漂移量与温度改变量的非线性问题进行了详细研究.通过对实验曲线的多项式拟合,求出了光纤光栅反射中心波长相对漂移量Δλ_C/λ_C与温度改变量ΔT的解析式,用对比法得到了温度灵敏度系数η表达式.取样计算表明:多项式能更好地反映Δλ_C/λ_C与ΔT的关系,证明了温度灵敏度系数η不是常量,而是随温度增加缓慢增大.     

A High Resolution Fiber Bragg Grating Resonator Strain Sensing System

A strain sensing system is demonstrated, consisting of a fiber Bragg grating resonator as the strain-sensing element. Signal encoding and decoding is achieved by a synthetic heterodyne technique. A strain accuracy of ±0.426 μεwas attained; a value comparable to that of the classical fiber Fabry Perot (FFP) sensor and higher than conventional Bragg grating strain sensing schemes. This sensing element does not suffer from fabrication problems like the FFP sensor and the interrogation problems of the conventional Bragg grating sensor.     

基于布喇格光纤光栅的电沉积应力演变测试

提出了一种测试电沉积应力演变的方法.其机理为当带金属包层的布喇格光纤光栅为阴极进行电沉积时,在沉积应力作用下,布喇格光纤光栅的中心波长将发生漂移,以此可推知沉积应力的大小.测试中首先利用光纤光栅解调仪记录电沉积应力作用下的布喇格光纤光栅中心波长的偏移量,并将整个沉积时间分成小的时间段;然后依据沉积速度和标定的不同沉积厚度下的布喇格光纤光栅应力灵敏度,计算出每时间段的应力值;最后将各时间段应力累加以获得累积应力随时间的演变.以电镀镍为例,使用涂覆有化学镀镍磷金属包层的布喇格光纤光栅传感器,进行电沉积应力测试,测试表明:当测试镍镀层厚度小于50μm时,传感器灵敏度大于7pm/MPa,准确度大于0.14 MPa;在6 000s的电镀时间内,累积压应力为173.049 9 MPa.     

光纤光栅双折射效应的实验研究

本文对均匀光纤光栅和线性啁啾光纤光栅的双折射效应分别进行了实验研究. 利用压电陶瓷的压电效应实施对均匀光纤光栅和线性啁啾光纤光栅的侧向挤压, 使之产生双折射, 通过改变施加在压电陶瓷上的电压值, 可以实现对光纤光栅双折射大小的控制. 侧向挤压线性啁啾光纤光栅可以补偿光纤通信系统中的偏振模色散.     

光纤光栅传感系统信号解调技术的研究

波长编码信号的解调是光纤光栅传感系统进入实用化的关键技术之一。本文讨论了光纤光栅传感信号解调的基本原理，分析了国内外提出的常用解调方法的工作机理和特点，并总结了信号解调过程中存在的主要技术难点，指出其发展方向，为光纤光栅传感系统解调部分的设计提供了依据。     

采用WDM技术的光纤Bragg光栅传感网络

采用绝对测量原理的波长调制技术,光纤Bragg光栅可组成并行、串行和阵列WDM拓扑结构.分析表明,光纤Bragg光栅网络的工作原理类似于一个多宽带平面镜.利用光谱仪可测量上述光纤Bragg光栅网络的反射谱,其中,光源是宽带为～40nm的掺饵光纤放大器.当网络中的光纤Bragg光栅受扰动后,受扰光栅的反射谱发生相应的变化,即Bragg波长发生相应的偏移.结果表明,当事先确定了光纤光栅的波长调制范围,反射的峰值波长能反应光纤光栅传感网络的信息.值得注意的是～3nm的波长调制范围可满足～100℃和～2000με的参量测量.     

基于LabVIEW的光纤光栅自动检测及分析系统

为了便于光纤布喇格光栅传感系统的自动化测试及使用,利用光谱仪的远程控制端口,采用LabVIEW语言开发了具有友好界面的Q8384光谱仪远程应力自动化测试系统.将光纤布喇格光栅嵌入封装于钢梁中,并利用应力试验机进行应力加载,通过LabVIEW测试系统采集并处理实验数据,结果表明该系统功能与设计预期吻合,可以实现对被测量数据的实时监测及存储.测试设备易于操作,并且避免了对光谱仪的人为直接操作,可以延长光谱仪的使用寿命.     

镀镍光纤Bragg光栅温度传感特性实验研究

在光纤智能金属结构材料中,为了保护光纤Bragg光栅并使得传感器与基体金属有很好的结合性,在光纤Bragg光栅表面化学镀镍,并实验研究了化学镀镍前后的光纤Bragg光栅的温度传感特性.实验表明：镀镍后的光纤光栅的Bragg波长随温度变化呈现出良好的线性和重复性,Bragg光栅温度灵敏度变大.