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。     

高灵敏度双光纤布拉格光栅应变传感实验教学系统

设计了基于双光纤布拉格光栅(FBG)的高灵敏度应变光纤传感实验教学系统.两只具有不同反射中心波长(1 546.209 nm和1 541.713 nm)的FBG串联熔接后,分别黏贴于等强度悬臂梁的上表面与下表面.通过测量两只FBG的反射中心波长差值与等强度悬臂梁应变量的关系,实现对应变量的传感测量.仿真结果显示,双FBG应变传感的灵敏度为单FBG应变传感的2倍,且具有温度自补偿特性.实验结果验证了仿真分析的结论,测得双FBG应变传感的灵敏度为2.10 pm/με,且传感测量准确性不受环境温度变化影响.     

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。     

光纤Bragg光栅热敏力敏效应研究及应用探讨

本文报道了光纤Bragg光栅热敏力敏效应的实验研究结果,测量所得的光纤Bragg光栅温度系数和应力系数分别为6.84×10^-6/℃和7.27×10^-6/gf,与理论值6.85×10^-6/℃和7.32×10^-6/gf符合得很好.在20～180℃和0～50gf的温度应力测量范围内,光纤Bragg光栅透射谱中心波长移动量同温度应力具有良好的线性关系.基于光纤Bragg光栅的热敏力敏效应,本文还讨论了光纤Bragg光栅温度应变传感器实用化时必须首先考虑的一些关键问题.     

利用调谐滤波技术的光纤光栅复用传感器

采用光纤光栅悬臂梁线性调谐技术 ,提出了利用调谐滤波技术对光纤光栅复用传感信号进行检测的方案 ,在分析其基本工作原理的基础上 ,实验研究了其波分复用传感特性 ,传感测量的结果与光谱分析仪直接测量的结果基本一致。传感器的波长分辨率主要取决于系统的最小可探测光功率 ,由于采用了高灵敏度的光电测量系统 ,传感测量的波长分辨率可达 0 .0 0 5nm ,应变分辨率可达 5.7× 10 - 6 。     

双端泵浦的高功率掺Yb3+双包层光纤激光器

 分析了Yb³⁺的能级结构、光谱特性以及激光发射特性。实验研究了中心波长为1 100 nm、输出功率为61.6W、斜率效率为55%的高功率掺Yb³⁺双包层光纤激光器。采用了两个中心波长在915 nm的高功率激光二极管分别从光纤的两端将泵浦光耦合进入光纤，采用45°对波长在（1 100±10） nm的激光高反，对波长在（915±10） nm的泵浦光高透的双色镜将激光输出，实验发现了掺Yb³⁺双包层光纤的合作发光效应。理论分析表明，掺Yb³⁺双包层光纤中合作发光效应是由Yb³⁺对在激光产生过程中的吸收与发射引起的。     

用光纤光栅的啁啾效应实现温度不敏感的弯曲传感

本文首次将光纤布喇格光栅在梯度分布的应变作用下产生的啁啾效应应用于弯曲传感,提出了一种新颖的光纤光栅弯曲传感方法.由于传感量为光纤光栅的带宽,传感测量完全避开了温度的交叉敏感效应,实验测量得到了很好的线性响应.基于光谱分析仪0.1nm的光谱分辨率,实验的曲率分辨率为0.036m^-1,测量范围可达4m^-1.     

基于新型长周期光纤光栅的低成本应变传感系统

首次利用高频CO2激光脉冲写入的长周期光纤光栅的边缘滤波效应，实现了静态与动态应变的测量.使用单波长输入光，光信号经过长周期光纤光栅衰减后进入光电探测器，最终输出电压信号.当对光栅施加应变时，其中心波长将发生漂移，由于光栅阻带的边缘滤波效应，光电探测器接收的光强会随之变化，测量其输出的电信号，可以得出光栅发生的应变大小与频率.对于静态应变测量，可分辨的最小应变小于10 με，精度为±10 με;在动态实验中,发现光栅能够响应5 kHz以上的动态应变.这种传感系统结构简单，成本低,响应快.     

粒子群优化算法在光纤光栅传感器波长解调中的应用

为了提高光纤光栅(FBG)解调系统的波长解调精度,采用粒子群优化(PSO)算法结合参考光纤光栅(FBG),对常用波长解调器Fabry-Perot型光纤滤波器(FPF)的透射光谱中心波长与控制电压之间存在的非线性和回滞特性进行了研究,并提出一种实时建立FPF透射光中心波长与其控制电压之间关系模型的方法。该方法利用粒子群优化算法收敛快、易实现的特点,保证了FPF模型建立的准确性和实时性。实验结果证明,利用所建模型可有效提高FBG传感系统的波长测量准确度,测量误差不超过25 pm。系统结构简单,对提高FBG传感系统的测量准确度具有重要意义。     

大口径元件反射率的镜面扫描精密测量系统

 为了测量高功率激光传输系统中大口径高反射率元件，研制了一种镜面扫描的精密测量系统。介绍了该系统的结构及其工作原理，分析了影响系统测量精度的因素，理论上估算的测量精度为2×10^-5。在直腔下对该系统的性能进行了实验测试，分析表明，系统的测量不确定度优于2.052 28×10^-5，最大测量误差为3.554 04×10^-5，与理论预计结果吻合较好。对大口径元件进行的多次实验扫描测试，结果显示，镀膜加工误差导致反射率分布是关于镜面中心呈旋转对称。该系统的使用大大简化了元件表面反射率分布的测量。     

All-fiber actively Q-switched fiber laser tuned by a pair of temperature controlled fiber Bragg gratings

We report an all-fiber actively Q-switched erbium-doped fiber laser, where the linear laser cavity mirrors are composed of two fiber Bragg gratings (FBGs). The laser oscillation wavelength could be tuned by this pair of temperature controlled FBGs. The Q-switching is achieved by an all-fiber phase modulation device. Using this system, we could obtain stable Q-switched laser pulses output, which could be optimized by tuning the reflection wavelengths of the two FBGs to be adjacent to each other. Instead of being modulated by the FBG filter in high-speed oscillation, this fiber laser system is operating in the Q-switched regime using an all-fiber phase modulator, producing a more stable laser output spectrum.     

光强检测型光纤光栅温变不敏感动态压力传感研究

报道了基于光纤光栅反射谱带宽调制和光强差分检测技术实现单一光纤光栅温变不敏感动态压力传感的新方法。设计了一种结构新颖的双孔梁压力传感装置,依据双孔梁有限元受力分析将光纤光栅准确定位于线性梯度应变区,压力作用下光纤光栅反射谱对称展宽,反射光强线性正比于压力变化。基于光波导理论和材料力学原理推导了线性梯度应变场作用下光栅反射谱带宽、反射光强与压力之间的响应关系。利用光强差分检测技术取代传统波长解调方法,简化解调过程的同时传感系统免受温变影响。实验表明,在-10~80℃的温度变化范围内,系统测量误差小于总量程(120kPa)的1.8%,动态响应速度约80Hz,重复测量系统输出稳定,具有较好的应用价值。     

High resolution temperature insensitive interrogation technique for FBG sensors

In this letter, we propose a high resolution temperature insensitive interrogation technique for FBG sensors where one FBG acts as an edge filter to interrogate a separate FBG sensor. A high resolution of better than 5 με in strain measurement range from 0 to 1100 με and the best resolution of better than 1 με were verified by experiments. An error of only ±2.2 με is achieved over a temperature range from 15 to 50 °C, indicating that this strain interrogation technique is temperature insensitive. Using an altered system configuration, the temperature was also measured simultaneously with a resolution better than 0.2 °C.     

Application of high-precision temperature-controlled FBG filter and light source self-calibration technique in the BOTDR sensor system

A high-precision temperature-controlled narrow band-stop fiber Bragg grating(FBG) filter and light source self-calibration technique are proposed for application in the Brillouin optical time domain reflectometer (BOTDR) sensor system.With the proposed application,the BOTDR sensor system maintains good long-term stability and temperature precision through the reduction of the center wavelength drift in the FBG filters and corresponding decrease in the changes in light intensity.The experiment result shows that temperature precision of 1℃and temperature stability of 0.7℃can be achieved in a temperature sensor over a range of 8 km.     

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%.     

Remote fiber sensor based on cascaded Fourier domain mode-locked laser

We propose a high-speed remote fiber Bragg grating (FBG) sensor interrogation system based on a 1.3-μm cascaded Fourier-domain mode-locked (FDML) laser. It consists of multiple FBGs connected to an optical circulator in the laser cavity. The cascaded FDML laser with these multiple FBGs is operational when the scanning frequency of the fiber Fabry-Perot tunable filter matches the fundamental frequency of the laser cavity. Each FBG provides a separate laser cavity for the FDML laser. The scanning frequencies of each laser cavity are 30.5314, 31.5393, 32.7108, and 33.8023 kHz. Using the cascaded FDML laser, we measure the performance of the long-distance static strain FBG sensor interrogation system in both the time and spectral domains. The slope coefficients of the measured relative wavelength difference and the relative time delay from the static strain are found to be 0.95 pm/μstrain and 0.15 ns/μstrain, respectively. We also demonstrate the dynamic response of the interrogation system with 80-Hz modulation strain using the cascaded FDML laser. Thus, an FBG sensor interrogation system for high-speed and high-sensitivity long-distance monitoring systems can be realized using a cascaded FDML laser.     

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.     

基于滤波法的光纤光栅传感解调方案

FBG传感器对应变和温度的敏感体现在其反射光中心波长的变化上，因此如何测量波长的变化就成为FBG传感器的关键。在光纤光栅的多种解调方法中，因滤波法的测量器件制作简单，测量系统简易、方便直观而被广泛应用。主要介绍了8种基于滤波法的解调方法，对它们各自的成本、检测精度、测量范围、器件制作以及适用的环境进行了详细的比较，分析了它们的优缺点，以便于在不同的检测条件下选用最佳的解调方案。重点介绍了光学小波滤波解调法，探讨了其测量系统的原理，并指出该方法可用于微弱信号的检测与处理。     

具有有源闭合腔的光纤光栅传感系统地址查询技术

基于熔融拉锥技术研制的3 dB宽带耦合器的光纤环形镜的工作原理,提出了一种新型的具有有源闭合腔装置的光纤光栅传感系统。在用作闭合共振腔端镜的环形镜中写入十个波分复用光纤光栅传感元,利用共振腔中接入的法布里-珀罗滤波器,通过控制电压对传感光栅的波长扫描,实现对传感地址的查询。用非平衡的迈克耳孙扫描干涉仪将传感光栅的波长漂移信息变为相移信息,实现传感信号的解调。系统传感灵敏度的实验值为1.5835°/10-6ε,与理论值(1.6662°/10-6ε)基本吻合。