镀金光纤光栅温度传感器的低温特性

介绍了用相位掩膜方法制作光纤布拉格光栅(FBG)以及镀金的FBG温度传感器.通过实验研究了-70℃～0℃之间的裸FBG和镀金FBG温度传感器的中心波长低温变化特性.实验结果表明裸FBG和镀金FBG温度传感器的中心波长在-70℃～0℃的区间随温度线性变化,重复性较好并且几乎没有迟滞现象.裸光纤布拉格光栅和镀金FBG温度传感器的温度灵敏系数KT分别为0.0101nm/℃和0.0283nm/℃.并且它们的线性拟合度都超过0.999.     

耐高温光纤Bragg光栅的响应特性研究

以耐高温光纤光栅和普通的光纤光栅为实验研究对象,研究了其高温特性。普通的FBG，当温度超过300℃以上，光纤光栅已变黑变脆，虽然有传感特性，但已不能在实际中应用；通过对耐高温光栅裸栅进行300℃以上的高温实验，发现耐高温FBG处于20℃～350℃之间时反射波长与温度之间有着良好的线性关系，且光栅性能良好，没有出现被碳化现象，灵敏度为0.01nm/MPa；随着温度进一步升高，FBG反射波长与温度开始呈现非线性关系。实验结果表明，耐高温光栅适合于高温油气井下应用。     

光纤光栅的双向温度/波长调谐技术研究

为了对光纤布喇格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG) 的中心反射波长进行双向调谐,提出了采用半导体致冷器、热敏电阻配合控制电路对FBG的工作温度进行双向精确控制实现温度/波长调谐的方法,讨论了温度/波长调谐的实现技术,并研制了FBG双向温度调谐器样品.在0℃、20℃、40℃环境温度条件下对调谐器进行了范围为－20℃~60℃、步进为10℃的温度扫描测试.实验结果表明：FBG调谐器的中心反射波长与设定的温度有较好的线性关系,除波长外其它光栅特性基本不随调谐温度改变;调谐装置准确度优于0.05 nm,且受环境温度变化的影响较小.     

脉管制冷-90℃ 低温冰箱研究

基于真空绝热板(VIP)超低热导率的优点,开展了-90℃低温冰箱的设计和实验研究.分析了同轴型脉管制冷机的结构特点和制冷性能属性,研究了VIP和聚氨酯发泡层组成复合绝热层结构以及低温冰箱箱体的漏热损失计算方法,实验验证了容积为27.6L的低温冰箱良好的制冷效果和保温性能,在135 W的电功输入下可提供-90℃的低温环境.该研究为空间及商用长寿命深低温冰箱的研究提供一定的参考.     

双光纤光栅外腔半导体激光器相干失效研究

根据双光纤Bragg光栅(FBG)外腔半导体激光器相干失效的物理过程, 运用速率方程和双FBG耦合模理论, 分析了双FBG外腔半导体激光器相干失效产生和控制的条件, 提出了实现和控制双FBG外腔半导体激光器相干失效多模稳定工作的方法. 双FBG外腔半导体激光器在相干失效下具有多模的稳定工作状态, 相干失效长度缩短, 相干失效长度内光谱稳定. 实验测量结果表明, 外腔反射率为3%时, 从非相干失效状态到相干失效状态, 半峰值全宽度从0.5 nm突然展宽到0.9 nm. 在相干失效状态下, 功率稳定, 边模抑制比大于45 dB, 在0℃–70℃工作温度范围内峰值波长漂移小于0.5 nm, 最小相干失效长度小于0.5 m. 双FBG外腔半导体激光器相干失效的应用对提高光纤放大器和光纤激光器的性能具有重要意义. 关键词： 非线性 半导体激光器 双光纤Bragg光栅 相干失效     

材料封装型光纤布拉格光栅宽温域应变传感性能研究

针对用于高温油气井下的光纤布拉格光栅(FBG)传感器弹性封装材料宽温域应变问题,将奥氏体不锈钢材料和试制的铌基恒弹合金材料设计加工成弹性应变元件,并将FBG粘贴于其上封装成传感器.在30～250℃宽温域范围内对两个传感器施加拉力进行应变传感实验,对比研究了两种材料的应变传感性能.结果 表明:两种合金材料在不同温度下的应变响应线性度均超过0.999;但随着温度的升高,两种合金材料的应变响应灵敏度有下降趋势,重复性降低,迟滞增大,温度影响弹性材料的应变传感性能;在30～250℃温度范围内,用试制的铌基恒弹合金材料封装的传感器在重复性、迟滞、线性拟合度和灵敏度稳定性方面均优于奥氏体不锈钢材料封装的传感器.因此试制的铌基恒弹合金可用于宽温域FBG传感器的弹性封装材料.     

310 ℃和350 ℃下锆-4合金中沉淀相非晶化研究

用大束流加速器和透射电子显微镜研究了Zr-4合金在310 ℃和350 ℃下的质子辐照效应。当质子能量为2 MeV，在310 ℃和350 ℃下质子辐照产生原子离位损伤达5 dpa（注量率为8.5×1013 cm-2·s-1），辐照前后的明场像、高分辨相和电子衍射花样均表明:在310 ℃辐照产生原子损伤达到5 dpa，沉淀相Zr(Cr,Fe)2边缘5～10 nm的区域已经非晶化，而在350 ℃时质子辐照却没有非晶化发生。沉淀相Zr(Cr,Fe)2的元素分布图像和浓度分布表明，铁元素向基体扩散并且聚集在非晶化边界区域。     

750℃和850℃下MgB2纤维超导体的制备及性能研究

MgB2纤维超导体样品在750℃和850℃下被制备了出来,将它们与950℃下制备的MgB2纤维超导体样品相比较,具有了能弯曲的能力,不再像950℃下制备的样品那么脆而易断,不能弯曲.扫描电镜图像的观察表明750℃和850℃下制备的MgB2纤维超导体的结构是一层数百纳米厚的MgB2的薄膜生长在了硼纤维表面.由于硼纤维中绝大部分单质硼的存在,使750℃和850℃下制备出的MgB2纤维超导体样品具有了弯曲能力.     

750℃和850℃下MgB2纤维超导体的制备及性质研究

MgB2纤维超导体样品在750℃和850℃下被制备了出来，将它们与950℃下制备的MgB2纤维超导体样品相比较，具有了能弯曲的能力，不再像950℃下制备的样品那么脆而易断，不能弯曲。扫描电镜图像的观察表明750℃和850℃下制备的MgB2纤维超导体的结构是一层数百纳米厚的MgB2的薄膜生长在了硼纤维表面。由于硼纤维中绝大部分单质硼的厚在，使750℃和850℃下制备出的MgB2纤维超导体样品具有了弯曲能力。     

光纤应变、温度、振动同时测量新技术的研究

本文介绍了集成式Bragg光纤光栅(FBG)和非本征型Fabry-Perot干涉腔(EFPI)复合传感器的结构及应用该传感器同时测量静态应变、温度和振动的原理.利用FBG、EFPI和低相干性干涉信号解调方法实现了用一个传感器同时测量三个参量.实验结果表明温度精度达±1℃,应变精度为±20με,振幅分辨率达1nm,测量重复性好.     

30℃～420℃黑体温度控制及自整定研究

作为红外标准光源,要求30℃～420℃黑体能快速升温到设定温度点,并保持温度稳定。针对其升降温功率差别大、滞后大等特点,用开关控制冲击响应自整定方法,得到黑体温升超调量、最大升降温速率等参数,采用复合智能温控策略,实现了30℃～420℃黑体温升前期快,接近设置温度时改以渐进方式达到并稳定在设定温度点。实验结果表明,实现了30℃～420℃黑体无超调地到达设定温度点,且稳定性为±0.03℃/min,该指标达到了国际同类产品水平。     

三元体系NaCl-KCl-H2O35℃活度系数的研究

研究了 35℃NaCl KCl H2 O三元体系的活度系数 .用Na+ 、K+ 和Cl-的离子选择性电极分别测得了 (0 .1～ 1.5mmol/L)不同离子强度下该体系中NaCl和KCl的平均活度系数 .回归了该体系Pitzer方程的相互作用参数 .实验值与计算值最大相对误差为 5 .6 % ,而平均相对误差为 2 .3% .     

FBG温度传感器增敏封装技术及实验研究

介绍了FBG(光纤布拉格光栅)温度传感器测温的基本原理和封装方法,提出一种新型的FBG温度传感器的封装技术,包括封装结构的设计及封装材料的合理选择,目的是提高FBG的温度敏感系数和消除应力的交叉影响。通过对裸光纤和封装后FBG温度传感器的温度特性、应力影响等进行对比实验研究,在5℃至90℃温度范围对FBG的反射波长进行了测量,结果表明:采用此法封装后的FBG温度传感器对温度具有很好的线性度和重复性,基本上消除了应力的影响,可以准确监测温度,测温范围为-15℃~200℃,精度达到±0.05℃。     

一种新颖封装的耐高温光纤Bragg光栅温度传感器

分析了光纤Bragg光栅的传感原理，将光纤光栅置于细钢管通过一种耐高温胶粘结细钢管两端使光纤光栅在高温下不脱落，并通过细钢管上的中间螺纹给光纤光栅施加预应力，使光纤光栅在温度变化过程中一直保持张紧状态，保证传感器有很好的重复性和良好的线性.实验结果表明:该FBG光纤光栅温度传感器灵敏度为0.0252 nm/℃，有良好的重复性和线性，温度测量范围达200℃以上，可应用在高温环境测量温度的变化.     

光纤应变、温度、振动同时测量新技术的研究

本文介绍了集成式 Bragg光纤光栅 ( FBG)和非本征型 Fabry-Perot干涉腔 ( EFPI)复合传感器的结构及应用该传感器同时测量静态应变、温度和振动的原理 .利用 FBG、EFPI和低相干性干涉信号解调方法实现了用一个传感器同时测量三个参量 .实验结果表明温度精度达± 1℃ ,应变精度为± 2 0 με,振幅分辨率达 1 nm,测量重复性好     

一种测量温度和流速的光纤光栅传感器

提出一种基于铝片的测量温度和流速的光纤布喇格光栅(FBG)传感器。采用一种耐高温胶将光纤布喇格光栅封装在一小铝片上，经过高温固化处理，可保持光纤光栅传感器的稳定性。通过-20℃～100℃温度实验，得到该传感器的温度灵敏度系数为0.0392nm/℃,是封装前的3.5倍，且传感器温度响应保持了很好的线性和重复性。从水温14.5℃时的流速实验中得到水流速在0～20m/s范围变化时，FBG峰值波长漂移了0.13nm,验证了此光纤光栅传感器测量流速的可行性。试验结果表明，该传感器既可以作为温度传感器，又可以作为流量传感器，并且制作简单，成本较低。     

0.01℃的数显温度计

用晶体管PN结作温度传感器，用集成电路7135等作A／D转换器，制作了测量精度可达0．01℃的数字温度测量控制器。     

高温退火程式对光纤布拉格光栅热重生性能影响研究

光纤布拉格光栅（FBG）是一种广泛应用于光纤通信和传感领域的关键器件，具有灵敏度高、体积小及抗电磁干扰等诸多优点，但长时间工作在高温环境下其光栅特性会逐渐衰退甚至完全擦除，极大地限制了FBG在工业生产、石油电力、航空航天等一些特殊领域的应用。通过高温退火处理有望使FBG在高温擦除后重新生长出能在高温环境下稳定工作的热重生FBG（RFBG）。因此，研究高温退火程式对RFBG性能的影响具有重要意义。基于248 nm准分子激光器，以相位掩模法制作得到反射光谱中心波长为1 548.5 nm、反射率为97.8%、3 dB带宽为0.36 nm的初始FBG，再利用高温管式炉对初始FBG进行高温退火处理，发现FBG在950 ℃时实现热重生，得到反射光谱中心波长为1 546.7 nm、反射率为50.6%、3 dB带宽为0.19 nm的RFBG；进一步研究发现，在950 ℃实现高温热重生后退火程式对RFBG性能有很大影响，对RFBG采用急速冷却、缓慢冷却和自然冷却以及氩气气氛下自然冷却4种方式进行退火处理并与初始光栅进行对比，结果发现采用急速冷却方式处理的RFBG机械性能最佳，其保留了初始光栅约 50%的机械强度，优于缓慢冷却、自然冷却处理仅分别保留初始光栅22.2%和29.9%机械强度的RFBG，并发现在氩气中进行退火处理有利于RFBG机械强度的提升，同样是自然冷却，在氩气气氛中退火得到的RFBG保留了初始光栅43%的机械强度。进一步对采用急速冷却方式处理的RFBG进行热循环、热稳定性等测试。结果表明，RFBG在150~1 050 ℃内三次加热循环结果完全重叠，温度灵敏度为16.30 pm·℃-1，温度灵敏度相关系数R2为0.995 38，且在800 ℃温度下进行热稳定性测试7 h，波长总漂移量仅为0.08 nm，表明所制备的RFBG具备良好的测温性能和稳定性。该研究工作为RFBG高温传感器的实用化和工程化应用提供了一定的理论与实验依据。     

多孔硅在30~180℃温区光致发光谱的研究

对长期存放在空气中的多孔硅样品和即时制备的多孔硅样品分别在室温~180℃下进行了光致发光（PL）温度效应的研究.两类样品的PL呈现不同的变化规律.前者的PL还表现为双峰,且长波PL峰随温度升高蓝移;后者的PL表现为单峰,且PL峰位随温度升高红移.基于量子限制效应对后者进行了解释;而前者难以用分立的量子限制和表面发光中心模型来解释,实验结果表明两种机制之间可能有较复杂的耦合效应发生.     

对光纤布拉格光栅法布里-珀罗腔纵模间隔问题的研究

对光纤布拉格光栅(FBG)法布里-珀罗(F-P)腔的透射特性进行了深入分析,指出了FBG F-P腔透射谱中纵模位置的影响因素,讨论了与普通F-P腔的联系和区别.应用光栅的有效镜面模型对FBG反射主瓣内反射系数的相位因子进行线性模拟,定义了FBG有效长度的概念并得出其表达式.提出将FBG的有效长度纳入到FBG F-P腔的等效腔长中,用等效腔长来计算FBG F-P腔中的纵模间隔.数值仿真和实验结果都表明,用等效腔长计算所得的纵模间隔与实际的FBG F-P腔中的纵模间隔符合很好,误差极小. 关键词： 光纤布拉格光栅 法布里-珀罗腔 纵模间隔 有效镜面模型