激光调频光纤位移传感器多路复用技术的研究

叙述了运用半导体激光器连续波调频外差干涉和频域多路复用原理，研究了光纤位移传感器多路复用技术。已研制成的分频与分幅相结合四路复用光纤位移传感器，可同时进行对多点、多维位移和多种物理量的测量，各路位移测量范围大于１ｍｍ，测量精度优于０．１μｍ及位移分辨率为０．０１μｍ。     

基于光纤自适应耦合和自调谐的光纤光栅传感系统设计

针对光纤光栅传感系统应用中面临的应变能力和可靠性不稳定的问题,研究并设计了一种基于自适应耦合切换和自调谐光纤光栅传感系统。首先,基于长周期和短周期光纤光栅耦合特性建立了自适应耦合器件及其切换算法,然后再分析耦合特性的基础上设计了支持自调谐功能的光纤光栅传感器及其调谐算法,最后给出了支持耦合自适应切换和耦合特性自调谐功能的光纤光栅传感系统。实验表明,在检测精度、抗干涉能力和应变能力等方面,所提方案表现出了明显优势。     

基于侧边抛磨传感臂结构的光纤Mach-Zehnder温度传感特性研究

提出并设计了基于侧边抛磨传感臂结构的光纤Mach-Zehnder干涉结构,并对其温度传感特性进行了研究。通过将两支分光比为50∶50的1×2端口光纤耦合器相对熔接,构建光纤Mach-Zehnder干涉结构,采用单模光纤作为干涉结构的参考臂。基于侧面研磨技术在3m长纤芯/包层尺寸为9/125μm的单模光纤上进行抛光,抛光时长为5h,制备了研磨长度为20mm、深度为50μm的光泄露窗作为干涉结构的传感臂,提高传感器的灵敏度。采用宽带光源对Mach-Zehnder干涉结构的透射光谱进行测试,干涉周期为0.66nm。实验中对传感结构进行了温度测试及分析,选取波谷位置为1551.48nm作为测试点。在25～60℃的升温范围内干涉条纹向长波方向移动3.97nm,传感器的温度灵敏度为115.4pm/℃。不同温度下对应波谷的波长位移量与外界温度呈现良好的线性关系,线性度为0.9940,功率漂移小于1.66dB,具有较好的功率稳定性。     

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)。     

一种基于模间干涉的亚波长直径光纤气体折射率传感

设计了一种基于模间干涉的亚波长直径光纤气体折射率传感方案,并分析了其测量灵敏度.将标准单模光纤和一段仅传输基模与二阶模的无包层亚波长直径光纤结合形成传感头,通过分析传感头外气体折射率的变化对两个模式干涉谱峰值移动的影响,研究了这种传感器的折射率测量灵敏度.结果表明,这种传感器的灵敏度高于利用折射率引导型光子晶体光纤的基于模间干涉的折射率传感器.因为没有气体向微孔扩散的过程,这种基于模间干涉的亚波长光纤折射率传感器可用于实时探测.     

一种基于模间干涉的亚波长直径光纤气体折射率传感

设计了一种基于模间干涉的亚波长直径光纤气体折射率传感方案,并分析了其测量灵敏度.将标准单模光纤和一段仅传输基模与二阶模的无包层亚波长直径光纤结合形成传感头,通过分析传感头外气体折射率的变化对两个模式干涉谱峰值移动的影响,研究了这种传感器的折射率测量灵敏度.结果表明,这种传感器的灵敏度高于利用折射率引导型光子晶体光纤的基于模间干涉的折射率传感器.因为没有气体向微孔扩散的过程,这种基于模间干涉的亚波长光纤折射率传感器可用于实时探测.     

分布式大容量光纤光栅传感网络的组网技术

基于光纤光栅复用传感原理,结合F-P可调谐滤波技术,采用波分复用与空分复用相结合的方法构建光纤光栅复用传感网络,并对传感网络中的电源、可调谐滤波器、光电探测器、光开关及传感光纤光栅阵列的组成等进行分析和选择,提出了结构优化的分布式、大容量光纤光栅传感网络的组网方案。通过在光路中使用F-P标准具和参考光栅对波长值进行标定和校准,提高了传感系统的测量精度,为构建大容量、高精度、实时性强的光纤光栅传感系统提供了设计参考。分布式大容量光纤光栅传感网络在多点、多参量和大空间范围传感测量领域具有广阔的应用前景。     

基于环形反射面的全光纤法-珀干涉式折射率传感器

通过在单模光纤后依次熔接一段大芯径空芯光纤和一段小芯径空芯光纤,制作了一种由小芯径空芯光纤形成环形反射面的全光纤法-珀腔。由于这种环形反射面结构的中间通孔适合气体或低粘度液体进出,因此可将其应用于气体或低粘度液体的折射率测量。分析了这种结构形成光纤法-珀腔的机理,并实验研究了这种基于环形反射面的干涉式折射率传感器,得到了这种传感器用于折射率测量时的分辨率约为1.652×10-6。可以预见这种具有环形反射面的法-珀干涉式折射率传感器在有毒、易燃、易爆的气体以及低粘度液体的折射率或含量检测中具有极大的潜在应用价值。     

岩层变形检测的光纤光栅多点传感理论与工程应用

为了监测松散地层沉降变形,提出了一种用于钻孔中植入式光纤Bragg光栅传感器(FBG)的结构和传感网络系统.基于室内实验结果,给出了用于岩层变形检测的传感光栅波长带宽为6 nm,分析了多点传感信号分辨因子,山光源带宽决定的测试系统最大实际复用能力为6个传感器.设计并实现了一个由18个光纤光栅组成的具有特色的光纤Bragg光栅波分复用/空分复用混合阵列.工程实践表明,光纤光栅传感系统采用双同路布置.可提高系统下放后光纤光栅传感器的成活率.     

光纤菲佐传感器频分复用网络解调方法研究

为了减小光纤菲佐传感器间的串扰,提高传感器网络的复用能力,提出了基于Pisarenko正弦波恢复法的光纤菲佐应变传感器频分复用网络光谱解调方案。在多光束干涉原理的基础上,建立了基于Pisarenko正弦波恢复方法的传感器频分复用解调模型,并对2个光纤菲佐传感器的串扰进行了实验研究。快速傅里叶变换能够达到应变精度好于±10με的传感器间最小腔长差约为500μm,而该方法可以把最小腔长差缩短至100μm左右。这意味着系统的复用能力提高了大约5倍。因此,该方法是一种串扰小、复用能力强的解调方法,在大容量准分布式传感网络中具有极大的潜在应用价值。     

FBG多功能传感系统集成与应用

为充分发挥光纤光栅(FBG)传感系统复用能力,可同时对传感光路各个传感器的光信号进行有效识别,且为传感器设计和加工提供依据,基于FBG传感原理,从系统集成及复用能力优化的角度,探讨波分复用传感器设计方法,以及节点传感器结构和灵敏度设计原则与标准,并将提出的原则等应用于某实际工程光纤监测系统。传感系统在运行过程中,获得了较为可靠的监测数据,分布式光纤和点式电测技术测试结果相差6%左右,进一步表明临近光纤传感器没有出现传感信号串扰现象,为工程施工和安全维护提供参照。     

光纤光栅多参数桥梁结构监测系统的研究

从土木工程应用的实际情况出发,利用光纤光栅传感器具有波长绝对编码和易于复用的特点,提出工程化同时测量温度、应变和压力的全光栅型低成本分布式传感方案。设计了基于连续波调频技术的光纤光栅多参量桥梁结构监测系统,将光频域反射复用与波分复用技术相结合,实现分布式光栅传感网络的寻址,提高了系统复用容量。实验表明：所设计的传感系统能够准确监测结构重要部位的内部应变及车流量等参数,为桥梁结构的静、动载测试提供了准确的数据,同时也为桥梁的工作状态评估和健康诊断提供了依据。     

波分复用串联的布里渊散射分布式光纤传感器

在一定分辨率和响应时间要求下，应用波分复用技术来串联布里渊散射分布式光纤传感器，解决了同时进行传感和通信存在的信号干扰.具体是采用波分复用来隔离传感光信号与通信光信号，同时应用光相干外差接收来分离传感与通信之间的电信号频谱.实现了两台布里渊散射分布式光纤传感器之间的串联，单台传感器的传感距离为25 km，串联后达到50 km.     

基于时分复用和窄波长扫描激光的长距离光纤布喇格光栅传感系统

提出了一种通过提高长距离光纤布喇格光栅传感系统容量,从而实现多传感点参量测量的新方法.采用时分复用、窄波长范围扫描激光方式,将多个中心波长相近的低反射率光纤布喇格光栅放置于系统的不同位置,构成准分布式光纤传感系统,实现了多个传感点参量的同时测量.同时提出了采用掺铒光纤和喇曼混合放大方法来延长传感距离.在系统的中间加入一个喇曼泵浦进行喇曼放大以此补偿光纤布喇格光栅反射的信号,系统末端的掺铒光纤利用前面喇曼泵浦剩余的泵浦功率产生自发辐射光并放大传感信号,使得整个系统的传感距离延长.实验证实：将三只中心波长均在1 580 nm附近,反射率均小于4%的光纤布喇格光栅,分别放置在系统的不同位置,在200 km处获得了15 dB的信噪比,反射信号明显|并且在200 km处的静态应变和温度实验中,线性度均达到了0.999以上.     

基于LabVIEW的多点串联光纤传感系统设计

设计了一种远程多点光纤传感系统用于大范围对象测量,其结构为一个本地控制节点通过双向光纤链路串联所有远端传感节点。在本地控制节点共享光源、光电检测器等光电器件,并结合虚拟仪器实现数据处理电路;而远端传感节点仅包含敏感元件、无源光器件构成的光路,并能直接实现时分复用。以3节点系统的甲烷气体检测为例进行实验和计算,结果证明该方案能够有效工作,通过循环检测可使首个传感节点的相对误差降至0．2％以下。     

埋入式光纤模式功率调制传感原理及实验研究——航天smart结构

对 Smart材料 /结构中的光纤传感原理进行了探讨 ,并进行了实验研究。这种新研制的传感器工作原理是基于模式功率调制。远场光强将反映结构内的变形场 ,亦即光纤受到外界加载或扰动后所产生的变形。最后提出了应用多模光纤在编织复合材料 Smart结构中进行远场光强测量的方案 ,建立了实验装置 ,给出了实验结果并进行了讨论。     

A large capacity sensing network with identical weak fiber Bragg gratings multiplexing

A quasi-distributed optical fiber sensing network with large multiplexing capacity, which is based on identical weak fiber Bragg gratings, is proposed, theoretically analyzed and experimentally studied. The key technique is the demodulation technology named “Optical wavelength time-domain reflection (OWTDR),” which utilizes the optical power variation of reflected sensing signal in both time domain and wavelength domain. The influence of reflectivity of fiber grating, interval between adjacent gratings and transmission loss of delay fiber on the multiplexing capacity of sensing system are discussed. Analyzed results demonstrate that this sensing scheme can effectively increase the multiplexing capacity of sensing system up to 1000, implement multi-point synchronous measurement and reduce the cost of signal demodulation. 9 Identical weak fiber Bragg gratings with the same Bragg wavelength of 1536.651 nm, reflectivity of 6%, bandwidth of 0.07 nm are written in series to investigate the performance of the proposed scheme.     

基于OFDR/WDM的光纤光栅传感网络研究

应用光频域反射复用技术与波分复用技术,解决了光纤光栅传感网络的寻址问题;使用可调谐滤波器,实现了复用信号的解调;具体地分析了光频域反射复用技术的基本原理,从理论上推算了系统的空间分辨率和测量范围,并进行了3×3光栅阵列传感网络的实验研究. 该方案充分利用了光信号的频率和波长信息,在光源功率足够大的前提下,显示出新设计的传感网络具有寻址和解调几百个光栅信号的潜在能力,在大型建筑设施分布式二维或三维应力监测中有很好的应用前景.     

Multiplexing Techniques for Noninterferometric Optical Point-Sensor Networks: A Review

This article presents a review of the strategies that have been both demonstrated and proposed for the multiplexing of multiple noninterferometric optical fiber point sensors to form a sensor network. The focus, which avoids consideration of interferometric sensor types, enables discussion of conventional multiplexing tech niques, namely, spatial, time division, frequency division, and wavelength division prior to dealing with combined or hybrid schemes, which exhibit the potential for increased multiplexing gain. Specific advantages and potential drawbacks of the different strategies are provided together with an indication of the number of point sensors that each multiplexing scheme can support.