光纤传感器的分类及其应用原理

光纤传感器是一种有广泛应用前景的新型传感器.文章介绍了光纤传感器的基本原理、分类及其优点.并分别阐述了光强调制型、相位调制型和偏振态调制型光纤传感器的应用原理及基本特点.     

反射面形状对光纤位移传感器光强调制特性的影响

为了分析反射面形状对单模光纤照射的光纤位移传感器光强调制特性的影响,建立了反射面不为平面时的光强调制特性函数模型.该模型基于单模光纤出射光场为修正近似高斯分布假设,通过引入反射面形状因子,分析了反射面形状因子对光强调制特性的影响规律.仿真结果表明,随着凹形反射面曲率半径值的增大,传感器特性曲线的前坡无显著变化,而后坡灵敏度增大,线性范围减小;随着凸形反射面曲率半径值的增大,传感器特性曲线的前坡仍无显著变化,而后坡灵敏度减小,线性范围增大;当曲率半径增大的一定值时,反射面的非平面性影响较小,其作用趋近于平面.     

反射面形状对光纤位移传感器光强调制特性的影响

为了分析反射面形状对单模光纤照射的光纤位移传感器光强调制特性的影响,建立了反射面不为平面时的光强调制特性函数模型.该模型基于单模光纤出射光场为修正近似高斯分布假设,通过引入反射面形状因子,分析了反射面形状因子对光强调制特性的影响规律.仿真结果表明,随着凹形反射面曲率半径值的增大,传感器特性曲线的前坡无显著变化,而后坡灵敏度增大,线性范围减小|随着凸形反射面曲率半径值的增大,传感器特性曲线的前坡仍无显著变化,而后坡灵敏度减小,线性范围增大|当曲率半径增大的一定值时,反射面的非平面性影响较小,其作用趋近于平面.     

基于单光纤对模型的光纤束调制函数的建模与仿真

基于单光纤对光强调制特性的函数表达式,建立了双束型光纤束的调制函数,并引入一个虚拟轴间距参量,建立了随机型光纤束的光强调制函数.同时又在视内圈光纤束为单根粗光纤的情况下,建立了同轴I型和同轴型光纤束的光调制函数.在随机型和同轴型光纤束模型的基础上建立了双圈型(DC)和同轴随机型(C-R)光纤束的光调制系数.最后对上述光纤束的调制特性函数进行了计算机仿真实验.     

燃气轮机叶片叶尖间隙光纤测量系统设计

燃气轮机转子叶尖间隙对发动机性能有重要影响,为实现其精密测量,首先,根据光纤对光强耦合原理得到了双圈同轴光纤束的光强调制特性函数;接着,分析了倾角变化对反射式光纤位移传感器测量特性的影响;然后,完成了间隙测量系统设计;最后,通过静态测量实验和不同转速下的动态测量实验验证了所设计系统的性能;实验结果表明:所设计传感器线性测量范围为2 mm,测量系统动态性能较好。     

强度调制光纤传感器

纤维光学传感器是广泛应用传感技术的基础,众所周知,光纤的优越性使其用于传感器特别有吸引力,而且大多数物理量可以用这些传感器来传感。可以传感的一些现象包括光强、位移(位置)、温度、压强、转动、声音、应变、磁场、静电场、辐射、流动、液面、化学分析和振动等。强度调制光纤传感器是简单的接通或断开型传感器的改进型。计数器和开关采用了通-断脉冲的数字特性,而透射和反射型光纤传感器在性质上是模拟型的。测量时,这种传感器调制输出光的强度。此外,还有两个光纤传感器即微弯曲传感器和本征传感器属于此类。     

光纤器件

TN253 2004064312 新型光纤CO气体传感器的研究=Study of a novel optical fiber CO gas sensor[刊,中]/张景超(燕山大学理学院.河北,秦皇岛(066004)),刘瑾…∥光电子·激光.—2004,15(4).—428-431 基于CO气体近红外吸收的机理,研究了一种光谱吸收型光纤CO气体传感器。通过光纤光栅和压电陶瓷(PZT)对宽带光源LED进行波长调制,获得窄带反射出射光,检测其二次谐波,实现了CO气体的较高灵敏度测量。利用二次谐波与光纤光栅透射光强的比值来消除光     

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)。     

双包层单模光纤传感器及其在温度/湿度传感方面的应用

提出了一种双包层单模光纤传感器结构,根据波导理论推导出了光纤中导模变为泄漏模时,外包层折射率与双包层结构参量之间的关系,获得了这种光强调制型传感器可测量的折射率变化范围.利用已知热光系数的材料制作的温度传感器,从实验上证实了理论分析结果,并由理论与实验结果的分析得到了传感器的工作原理是:导模变为泄漏模后,输出光强与外包...     

光纤表面粗糙度检测系统的研究

基于传光型光纤传感器,利用反射式光强调制原理,设计了一套材料表面粗糙度的检测系统。整个系统包含光源、Y型光纤束、反射调节控制装置和数据采集部分,采用单片机作为控制系统。分析了光纤束端面与检测样品距离的变化对检测结果的影响。     

一种反射式强度调制型光纤传感器的设计与实现

本文介绍了一种结构简单、易于实现的反射式强度调制型光纤传感器．它是根据光纤端面与被测物体之间所构成的反射接收关系制作而成的．文中给出了平面反射式强度调制型光纤传感器所依据的理论公式,采用L—M非线性拟合算法,使用制作的传感器采集数据并对光纤传感器各参量进行了标定．目前用这种方法制作的光纤传感器已经成功应用于教学实验．     

双弹簧管光纤差压传感器

设计了一种利用对称反转连接的双弹簧管作为差动压力传感元件,进行差动压力测量的光纤传感器.这种光纤传感器是在通用光纤传感设计实验系统的基础上,利用三光纤反射调制技术,实现光源强度的变化和光纤中光功率损耗的变化以及反射率的变化自动补偿的.理论上,分析了这种反转对称差压传感弹性元件在使用过程的优点,给出了三光纤补偿理论分析方法.实验上,获得了该光纤差压传感器的线性输出测试结果.     

平行光束反射光强调制型光纤位移传感器研究

讨论并建立了一种基于平行光束发射光强调制的光纤位移传感器，该传感器的入射和接收光纤的端部都用渐变折射率光纤（GRIN）制成的透镜耦合，入射光纤的渐变折射率光纤透镜发出的平行光束以一定入射角照射到试件表面，接收渐变折射率光纤透镜放置在入射光的镜面反射方向，详细分析了试件表面为镜面反射和朗伯反射时传感器的输出特性，由仿真计算可知，通过调整测头的结构参量，该传感器可获得较强的输出信号，适用于对测量范围和工作点有灵活要求的场合。     

折射率调制型光纤传感器在溶液浓度测量中的应用

本文详细报道了用折射率调制型光纤传感器测量溶液浓度的原理及实验装置。为了消除光源光强的不稳定性对测量精度提高的影响,我们提出用光学双稳态装置稳定光源的输出功率并将它用于实际测量中,实验结果表明:本方法用于测量溶液的浓度在灵敏度、精度和稳定度方面都有较大的提高,并且可用于在线监测。     

双接收光纤传感器的特性函数

分析了两种双接收反射式光纤传感器,理论上给出了其调制特性函数的解析表达式,并与试验结果进行了对比。     

可用于建筑结构检测的分布式光纤形变片

本文在光时域反射计(OTDR)和光纤形变片的基础上,提出了一种分布式光纤传感器-分布式光纤形变片.该检测方法属于OTDR的损耗调制法,即通过测量粘贴于光纤形变片上的光纤弯曲损耗来获取测量点的应变量或位移量.作者分别在微位移架和悬臂梁进行了位移检测和应变检测,结果表明该分布式光纤形变片提供了一种可检测应变量与位移量的检测方法.值得注意的是,该分布式光纤形变片的传感网络采用时分复用的总线拓扑,能在一根光纤上同时检测多个检测点的变化.     

可用于建筑结构检测的分布式光纤形变片

本文在光时域反射计（OTDR）和光纤形片的基础上,提出了一种分布式光纤传感器－分布式光纤形变片,该检测方法属于OTDR的损耗调制法,即通过测量粘贴于光纤形变片上的光纤弯曲损耗来获取测量点的应变量或位移量,作者分别在微位移架和悬臂梁进行了位移检测和应变检测,结果表明该分布式光纤形变片提供了一种可检测应变量与位移量的检测方法,值得注意的是,该分布式光纤形变片的传感网络采用时分复用的总线拓扑,能在一根光纤上同时检测多个检测点的变化。     

光纤阵列在探测圆环条纹中的应用

在 Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ 干涉仪测气系统中加入了特殊设计的光纤阵列传感器,用 Ｓｉ － Ｐ Ｉ Ｎ 管和 Ｔ Ｐ－ ８０１ 单板机接收、处理信号。该系统能同时检测气体折射率变化引起的圆环条纹的快速移动方向和数目。     

强度型激光光纤传感系统的神经网络补偿方法

提出一种考虑激光光纤传感系统中的激光器输出功率波动的神经网络跟踪补偿方法。在这种方法中，神经网络不仅用于削弱激光器输出功率波动对测量系统的影响，而且还同时用于传感非线性校正。提高了光强调制型光纤传感器的长期工作稳定性及测量精度，并有利于扩大激光光纤测量系统的测量范围。以光纤位移传感器为例，说明了该方法的有效性。