熊猫型保偏光纤光栅温度和压力传感特性的实验研究

对熊猫型保偏光纤光栅的传感特性进行了深入的实验研究,采用温箱和压力罐分别进行了温度和压力传感特性的实验研究.实验结果表明:在0～2.5 MPa的压强范围内,熊猫型保偏光纤光栅两个偏振方向上的压力敏感系数分别为0.004 88 nm/MPa和0.003 52 nm/MPa;在15～50 ℃的温度范围内,两个偏振方向上的温度敏感系数为0.01018 nm/℃和0.008 8 nm/℃.该光纤光栅两偏振态对温度和压力的不同敏感特性可用于解决光纤光栅的交叉敏感问题.     

带宽调制型单光纤光栅温变无补偿位移传感

报道了利用反射谱带宽调制和光强差分探测技术实现单一光纤光栅温变无补偿位移精确测量的新方法。设计了一种结构新颖的曲臂梁位移传感装置,结合光波导理论与材料力学原理分析了光纤光栅在高斯应变作用下光栅反射谱侧向梯度展宽的成因,理论推导了特殊结构梁在外力作用下光栅反射谱带宽/反射光强与压力之间的响应关系。光栅反射谱侧向梯度展宽的同时反射光强线性增加,利用光强差分检测方法消除光源出光抖动的影响,提高了位移测量精度。基于带宽调制的光纤光栅位移传感方法免受温度变化的影响,在-10℃~80℃的温度变化范围内,测量误差小于1.2%,实现了单光纤光栅温变无补偿位移测量。     

温度不敏感光纤光栅压强传感器

提出了一种新颖的高灵敏度温度不敏感光纤光栅压强传感器。该传感器主要由开口环传感机构和铝箔管组成，根据光纤布拉格光栅带宽调谐原理，首次采用开口环机构和利用带宽编码技术，实现了温度不敏感压强感测。实验结果表明：该传感器在低压范围内具有很高的压强传感灵敏度系数，可达2.50×103nm/MPa，实验结果与理论分析基本相符。通过选择不同材料的开口环和铝箔管的材料以及改变其结构参数，可灵活设计并调节压强传感灵敏度系数及压强感测范围。     

基于平面膜片的光纤光栅传感研究

提出了一种基于平面膜片的光纤光栅压强传感器.讨论了该传感器反射谱展宽、峰值波长变化与压强之间的关系.指出将光纤光栅沿径向粘贴在膜片中心附近时,反射谱的峰值波长与压强之间具有良好的线性关系,可以通过检测峰值波长来检测压强.该传感器的压强响应灵敏度系数的实验值为0.3964 nm/MPa,是裸光纤光栅压强灵敏度系数的132.1倍.该传感器的灵敏度系数与压强测量范围可以通过改变膜片的尺寸、材料的弹性模量、泊松比等参量来调节.     

光纤光栅压力传感器的理论建模及实验研究

鉴于压力传感器为工业生产中压力监控的一种必不可少的设备,分析了光纤光栅中心波长与光纤光栅应变之间的关系,阐述了带有硬中心的圆形膜片受到均匀压之后,膜片中心的挠度与压力之间的数学关系。在此基础上设计了圆形膜片作为流体压力转化光纤光栅敏感物理量的元件,并结合辅助元件完成对光纤光栅传感器组装,建立了传感器输入输出之间的线性数学模型。通过实验验证传感器线性度和重复性,运用数学计算得出了光纤光栅压力传感器各项参数,灵敏度Km=-0.658 nm/MPa,初始波长0=1 578.441 nm,为后期传感器稳定性作好了铺垫。     

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。     

利用光纤光栅在双侧悬臂梁中的啁啾实现对挠度和应力的传感研究

报道一种利用双侧悬臂梁展宽光纤光栅带宽实现对挠度和应力线性传感的新方法,理论研究与实验结果表明,光纤光栅的带宽对挠度及外力均很敏感,并呈线性关系,实验上传感范围超过17nm,传感灵敏度分别达到0．658nm/mm及5．32nm/N。     

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.     

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.     

一种新型光子晶体光纤的布里渊动态光栅传感

为了提高光纤横向压强传感器传感系数,降低温度对压强传感的影响,提出一种具有"三明治"结构的光子晶体光纤,并利用有限元法对其布里渊动态光栅传感特性进行数值模拟。研究了不同压强和温度条件下光子晶体光纤双折射频移的变化,分析了光子晶体光纤结构对其传感特性的影响,结果表明:设计的光子晶体光纤具有高传感精度,0～40℃下光子晶体光纤慢轴方向上双折射频移的压强传感系数约为692 MHz/MPa,光纤快轴方向上压强传感系数约为-404 MHz/MPa, 0～40 MPa下温度系数仅为0.18 MHz/℃;与利用普通保偏光子晶体光纤设计的传感系数为199 MHz/MPa的压强传感系统相比,灵敏度提高了493 MHz/MPa。设计的光子晶体光纤提高了横向压强传感器传感系数且不易受温度的影响,适用于高精度静水压强传感领域。     

基于光纤Bragg光栅反射波带宽展宽的压力传感研究

报道了一种新颖的光纤Bragg光栅压力传感装置,提出并实现了利用光纤Bragg光栅反射波带宽展宽实现压力传感的新方法.利用压力作用下双孔悬臂梁非均匀应变带动光栅使Bragg反射波漂移的同时带宽展宽,实现压力传感.在0~23.5 N的测量范围内,基于光谱分析仪0.05 nm的光谱分辨率,压力分辨率为0.54 N,带宽最大展宽量2.14 nm,压力响应曲线具有良好的线性.多次测量表明：展宽波型稳定,重复性好.     

High resolution instrumentation system for fibre-Bragg grating aerospace sensors

A passive technique for high-resolution detection of the wavelength of peak reflection from fibre Bragg grating (FBG) sensors is presented. The approach, based on a de-convolution of the FBG spectrum and the spectrometer resolution, essentially overcomes the low spectral resolution (≈0.1 nm) associated with commercial spectrometers employing CCD detection. The performance of two algorithms, the Centroid Detection algorithm (CDA) and the least squares method (LSQ), are compared. The LSQ algorithm offers resolution enhancement of at least two orders of magnitude and is shown to be independent of the FBG intensity and bandwidth over a broad range.     

基于偶联剂技术的光纤光栅压力传感实验研究

报道了利用偶联技术封装光纤光栅压力传感器的新方案.通过采用特殊聚合物材料将光纤光栅封装于金属管中，并采用偶联材料分别与聚合物和光纤以化学键偶联的工艺，解决了由于有机弹性体聚合物的弹性模量（1.2×105 N/m2）与光纤光栅的弹性模量(7×1010 N/m2)相差很大，在压强较大时易导致光纤光栅与聚合物材料之间的撕裂滑脱问题，改善了光纤光栅压力响应特性.封装后的光纤光栅压力的线性测量范围为0.04 MPa~0.6 MPa，压力响应灵敏度为－4.48 nm/MPa，与裸光栅压力响应灵敏度－0.003063 nm/MPa相比，增敏了1463倍.利用实验中所使用光谱仪0.05 nm的分辨率，压强测量准确度为±0.01 MPa，线性度为0.9978.     

基于边缘解调技术的光纤光栅波登管压力传感器的研制

研制了光纤光栅弹簧管压力传感器,并与双边缘解调技术相结合搭建了基于边缘解调技术的光纤压力传感器检测系统,对传感器和解调器的性能进行了测试,给出了实验结果.压力灵敏度为0.33nm/MPa,解调系统线性拟合度为0.99977,系统压力测量分辨率可达0.01MPa.     

薄板挠曲型光纤Bragg光栅土压力传感器设计与分析

根据土压力传感器与土介质的匹配原则,设计了一种圆平膜片薄板挠曲型FBG土压力传感器。通过在圆膜片上设计一组对称的光栅固定柱,有效避免了传感器在使用过程中产生谱峰分裂。同时,利用光栅固定柱张角引起的应变效应,大幅度地提高了传感器的压力灵敏度。理论分析了该结构的增敏机理并给出传感器灵敏度公式,计算结果表明,传感器的压力灵敏度可达1 374.3 pm/MPa。使用ANSYS建立薄板挠曲的有限元模型,通过提取固定柱中心点处在光纤方向上的位移,获得了有限元模型的压力灵敏度为1 360.8 pm/MPa。有限元分析和理论设计结果的相对误差为0.98%,具有很高的一致度,验证了理论设计和分析的正确性。     

Inclination sensing based on a fiber-ring laser and a fiber-Bragg grating with a precise resolution

We design an inclination-sensing system based on a fiber-ring laser integrated fiber-Bragg grating (FBG) whose peak wavelength is changed by the axial strain. By replacing a conventional broadband light source with the fiber-ring laser, we raise the sensing power to 3.1 dBm, the peak-to-noise ratio to 65.31 dB, and reduce the 3-dB bandwidth to 0.06 nm. Thus, the sensitivity and resolution of the proposed system are greatly improved. By using an FBG integrated with a pendulum ball used as a sensor head, the resolution of the angular inclination could reach 0.015 nm per degree. These specifications are qualified for the general practice of the pendulum-sensing system.     

温度补偿式光纤光栅土压力传感器

针对现有土压力传感器无法实现长期、实时监测的要求,设计了温度补偿式光纤光栅土压力传感器。选用有硬中心的平膜片作弹性元件,选用灵敏度高、体积小、质量轻、易于波分复用和组成传感网络的光纤光栅作敏感元件;同时采用了不受力光栅法进行了温度补偿。经实验测试,该传感器的灵敏度为1.5 nm/M Pa;线性度误差为0.35%;重复性为0.06%;迟滞为2.19%;静态误差为2.21%;这些指标能够满足实际工程应用要求。     

基于激光器激射特性的新型应变传感系统

报道了一种基于掺铒光纤激光器瞬态特性的新型应变传感系统.用光纤环反射镜和光纤Bragg光栅(FBG)构成Fabry-Perot线型腔.腔内插入一个长周期光纤光栅(LPG)，其透射谱的中心波长为1574.4nm.FBG的带宽为0.23nm，不受力时其反射波长为1557.98nm，位于LPG的透射谱左沿；当FBG受力时激射波长向长波方向移动，激光通过LPG时透射损耗增大，腔损耗的增加将使激光激射延迟时间增加.因此，应变的大小可以通过激光产生的延迟时间来测量.这种新型应变传感器的分辨率和灵敏度由抽运光脉冲的高、 关键词： 应变传感 光纤激光器 时域测量 光纤Bragg光栅