光纤-明胶法布里-珀罗干涉湿度传感器

在单模光纤尾端熔接几十微米长的空芯光纤及在空芯光纤尾端涂覆明胶湿度敏感膜,构成法布里-珀罗干涉结构,感应湿度变化引起的明胶膜厚度变化对干涉腔长的调制,通过光谱测量实现了对相对湿度的传感。研究结果显示,该传感器在温度为20℃下,20%~80%RH的湿度范围内,灵敏度达到192pm/%RH,并拥有较好的测量精度和重复性。此外,对传感器在温度分别为15℃和25℃下进行湿度上升实验,获得灵敏度分别为173pm/%RH和194pm/%RH。为了同时监测环境温度的变化,在传感器的尾纤级联了光纤光栅,实现对温度的同时测量。该光纤湿度传感器制作简单、灵敏度高、可同时测量温度,有望在湿度测量领域获得应用。     

基于探针结构的光纤挥发性有机物传感器

为了实现在狭窄环境中对挥发性有机物进行有效探测,本文提出了一种基于探针结构的光纤挥发性有机物传感器。该传感器是由一段单模光纤与一段长度约为130μm的空芯光纤相连,其中空芯光纤内嵌厚度约15μm的聚二甲基硅氧烷薄膜,通过组合最终得到的传感器的尺寸仅为150μm。单模光纤、空芯光纤和聚二甲基硅氧烷薄膜一起组成法布里-珀罗腔干涉仪。聚二甲基硅氧烷薄膜吸收挥发性有机物气体时会引起其自身的体积膨胀使得法布里-珀罗的腔长发生变化从而导致干涉波长发生漂移。实验结果表明：首先,所提出基于探针结构的光纤挥发性有机物传感器在0～9000 ppm异丙醇浓度测量范围内的灵敏度为2.0 pm/ppm,当光谱仪的最小分辨率为0.02 nm时,传感器对挥发性有机物的检测下限为10 ppm。其次,该传感器还表现出较好的稳定性和重复性,在30 min的稳定性测试实验中,该传感器的实际测量误差范围为±30 ppm,说明具有较好的稳定性。三次重复性实验也验证了该传感器具有较好的重复性。最后,该传感器的响应时间小于42 s,说明具有较快的响应速度。总体来说,该传感器在检测挥发性有机物方面具有较高的灵敏度和较低的检测下限,具...     

基于电弧放电优化的光纤法珀湿度传感器

提出一种基于法布里-珀罗干涉的多模光纤-空气腔-多模光纤-聚乙烯醇(PVA)薄膜结构的湿度传感器,研究了结构中空气腔反射面的曲率对光传播和反射谱的影响,并提出了利用电弧放电增大反射面曲率半径的方法。实验结果表明,所提方法降低了光在纤芯内的干涉损耗,使更多的光参与干涉,并提高了干涉条纹的对比度和精细度。在优化后的多重腔端面涂敷一层厚度为14μm的PVA薄膜,在29.1%～81.8%环境相对湿度范围内,传感器的平均灵敏度可达73.24 pm/%,且具有良好的时间稳定性。     

光源加热型高灵敏度光纤热式风速计

卫星钟差确定受限于经典测量的散粒噪声极限,钟差测量精度仅为ns量级。基于军民领域对高精度时间基准的迫切需求,提出了一种基于双路六延迟传送带量子纠缠光的卫星钟差测量方案,并且该方案以传送带协议为基础。首先,通过自发参量下转换制备了频率纠缠光信号。然后,利用HOM (Hong-Ou-Mandel)干涉仪对频率纠缠光信号进行了二阶关联检测解算,进而得到了钟差信息。最后,仿真分析了相关参数对钟差测量的影响。所提方案无需进行到达时间测量,不受色散效应及星地距离的影响,在理论上可以实现ps量级的卫星钟差测量。     

光源加热型高灵敏度光纤热式风速计

针对光纤热式风速计需要专门的泵浦激光或加热电阻所带来的成本增加和操作不便,提出了基于光源自加热效应的高灵敏度光纤热式风速计。首先在单模光纤端面用紫外光固化胶制作法布里-珀罗干涉仪并将其作为传感探头;然后利用传感探头对输入宽带光源的吸收所产生的热量,获得自身较高的初始温度;最后测量传感探头在气流作用下温度降低及应变所引起的干涉光谱的波长漂移量,根据波长漂移量与风速的特定关系来实现风速测量。在0～7 m/s的风速范围内对传感探头进行测量,结果表明传感探头获得高达-3.13 nm/(m·s^-1)的风速灵敏度,响应时间约为250 ms。     

基于非本征Fabry-Perot腔光纤液位传感器研究

介绍了适用于液位测量的强度型非本征法布里-珀罗（F-P）腔光纤液位传感器的结构设计及其性能.实验观察到F-P腔具有良好的多周期输出特性和局部的线性特性,选用局部的1/4周期输出线性段作为线性工作区间可对液位进行高准确度、连续性测量.恰当选择敏感组件的尺寸可设计不同量程的传感器.实验结果表明,传感器测量3.5m水位时,精确度为±2mm,最小分辨率为1mm.     

基于游标效应增敏的全光纤液体折射率传感器

为了实现液体折射率的高灵敏度测量,提出并制备了一种基于游标效应增敏的全光纤液体折射率传感器.该传感器由法布里-珀罗传感腔和法布里-珀罗参考腔并联构成,其中,传感腔为开放腔,由单模光纤错位熔接制得,参考腔为封闭腔,由单模光纤与空芯光纤熔接制得.传感腔和参考腔的自由光谱范围相近,但不相等,双腔反射光经光纤耦合器后叠加产生游标效应,达到增敏的效果.实验结果表明,该传感器的折射率灵敏度约为9048.78nm/RIU,约是单个传感腔的8倍.该传感器具有灵敏度高、结构简单、易于制备、成本低廉的优点,在生物医疗、环境检测等领域有潜在的应用前景.     

基于敏感Fabry-Perot腔光纤角位移传感器的原理与设计

提出了一种全角度并且可以连续测量微小角位移(秒级）的新型光纤角位移传感器.利用微小光学谐振腔的基本理论,主要是基于光学法布里-珀罗(Fabry-Perot）腔的基本原理研究特定光波下光强度的变化与角位移的线性变化关系,利用光纤技术、敏感技术融合微机械技术研发而成.适合于一些特定领域中对角位移的精确测量.     

高灵敏度游标增敏型光纤法布里-珀罗应变传感器

提出并制备一种游标增敏型光纤法布里-珀罗（法珀）应变传感器,实现高灵敏度应变测量。该传感器由两个单模光纤-空芯光纤-单模光纤结构的法布里-珀罗干涉仪（FPI）并联组成,分别作为传感腔和参考腔。保持传感腔不变,选择不同的参考腔,利用游标效应解调,追踪并联后反射谱包络的漂移,可实现不同的放大倍数。实验结果表明：在0～900με的应变范围内,单个传感腔的应变灵敏度为1.31 pm/με,并联之后传感器的应变灵敏度分别达到-11.50 pm/με和-12.76 pm/με,放大了8.70倍和9.74倍,传感器的应变灵敏度显著提升,同时,传感器具备制作简单、高灵敏度、易操作和低成本等特点,具有广阔的应用前景。     

光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot)腔液位传感器

提出了一种用于测量液体容器液位高度的新型光纤F-P(Fabry-Perot)腔传感器,它灵敏度高,实现了全光传感和传输,特别适用于一些有害、易燃、易爆液体容器液位的测定.详细分析了该类传感器的传感原理,并给出了传感头参量设计方法.实验结果表明,光纤F-P腔传感器测量液位方法简单,并且可达到相当高的精度.文中分析了实验中的误差,探讨了传感器的稳定性及改进方法,是光纤法布里-珀罗腔传感器实用化的有效尝试.     

干涉条纹计数法光纤Fabry-Perot腔液位传感器

提出一种抗光源波动和外界干扰的条纹计数法光纤Fabry-Perot腔干涉型液位传感器.为适应这种条纹计数法对应变大挠度的要求,采用波纹管作应力弹性元件;对干涉条纹走向(或液位升降判向),分别提出实用的硬件设计方案和计算机软件处理办法;给出一种腔长温度补偿设计;实际制作了双光路光纤Fabry-Perot腔液位传感器,进行了实际气压模拟试验和实际水位测量试验,取得了良好结果.     

激光微加工的光纤法布里-珀罗应变传感器

报道了一种在光纤内部通过采用157nm激光微加工一个自封闭法布里-珀罗(F-P)腔而形成的在线式全光纤标准具。实验研究了这种标准具的应变和温度特性,结果表明,在标准具两固定点相距1m的情况下,位移-相移系数和位移-谷值波长漂移系数分别为1mrad/μm和5.2pm/μm,曲线的线性度为99.92%;在18℃～500℃的温度范围内平均温度系数为0.13mrad/℃和0.64pm/℃,温度不敏感。实验证明该标准具有很好的传感特性,能满足各种应变测试的需要,如极好的条纹对比度(高达30dB)、低温度交叉敏感、大规模生产的极大潜能、低成本和耐恶劣环境能力强等。     

用于灵巧结构的光纤法布里—珀罗传感器

简要介绍用于灵巧结构的各类光纤法布里－珀罗传感器的制作技术、系统结构及其在灵巧结构中的应用。     

非本征敏感法布里-珀罗腔高精度光纤液位传感器输出特性

依据光学法布里珀罗(F-P)腔基本原理,分析了非本征敏感法布里珀罗腔光纤液位传感器工作原理及设计方案。实验结果表明,传感器具有良好的多周期输出特性和局部的线性特性,但法布里珀罗腔输出光强幅度随腔长增大逐渐衰减,传感器输出特性曲线中不同部分相同长度的线性工作区间却对应不同的测量量程和灵敏度。改变传感头中敏感组件的尺寸可满足对不同液位测量的需要。本传感器最大量程为20 m,精度为±0.5 mm,最小分辨力为0.3 mm。传感器特别适用于对易燃易爆液位精确测量,具有很强的实用性。     

端面薄膜法布里-珀罗腔光纤动态压力传感器仿真与实验研究

为实现冲击波动态信号的测量,研制了一种光纤端面镀金-派瑞林-金三层结构的薄膜式光纤法布里-珀罗压力传感器。对该传感器进行了理论分析与仿真,搭建了静态和动态压力测量系统,并对其进行测试与分析。结果表明：在0～60 MPa的静态压力测量范围内,传感器的波长灵敏度和腔长灵敏度分别为0.0809 nm/MPa和0.3200 nm/MPa,与仿真结果一致;在动态压力测量中,传感器成功捕捉到了压力峰值为7.41 MPa和上升时间为75 ns的冲击波信号。     

一种基于光纤光栅法布里-珀罗腔的低频振动传感器

提出了一种基于光纤光栅法布里-珀罗(F-P)腔的低频振动传感方案并进行了理论分析和实验研究。采用单频激光器作为光源,光纤光栅F-P腔通过两点涂胶方式粘接在等强度悬臂梁上,待测振动信号通过支架和悬臂梁将振动作用传至光纤光栅F-P腔,引起腔长周期性变化,从而改变光纤光栅F-P腔的反射光谱特性,通过解调输出光信号的振荡频率和峰值,即可实现对振动信号频率和幅值的测量。利用压电陶瓷模拟的低频振动信号进行了实验验证,测量结果与理论分析相吻合。该传感器测量灵敏度高,特别适用于微弱振动信号的测量。     

基于硅MEMS技术的高灵敏度微型光纤法布里-珀罗压力传感器

基于微机电系统技术设计制备了一种微型化光纤法布里-珀罗传感器,具备高灵敏度和可批量制造的特点。传感器内部的法珀腔由刻蚀后的SOI晶圆与BF33玻璃阳极键合而成,传感器敏感膜片采用了绝缘衬底上的单晶硅材料。采用激光精细切割技术对传感器单元进行独立分离,使得单个传感器的整体外径仅为400μm,高度为220μm。在此基础上,搭建了信号解调实验平台,并对传感器的感压特性进行了详尽测试。测试结果显示,在0～50 kPa的压力范围内,传感器的压力灵敏度可达到18.5 nm/kPa,最大非线性度为0.47%,重复性为0.18%,迟滞为0.18%。此外,该传感器具有体积小、灵敏度高、电磁兼容、生物兼容以及稳定性强等优点,在生物医学和医疗领域具备巨大的商业转化价值。     

基于掺铒光纤的微型光纤法布里-珀罗干涉传感器

提出了一种化学腐蚀掺铒光纤制作微型光纤法布里-珀罗干涉传感器的方法。通过对掺铒光纤进行化学腐蚀,形成凹槽,再与单模光纤直接熔接制作而成。实验制作的微型法布里-珀罗干涉传感器干涉条纹光滑,对比度达到15dB。对该微型光纤法布里珀罗干涉腔进行了应变和温度传感实验。实验结果表明,在0-600με￡内,波谷移动随应变改变的灵敏度达到1．7pm／με,线性度为0．9998,从73～23℃,波谷移动随温度改变的灵敏度3．9pm／℃,线性度为0．9982。该方法制作的微型光纤法布里-珀罗传感器具有操作简单,一次成型,制作成本低的优点。     

光源线宽对内置式光纤法布里-珀罗磁场传感器灵敏度影响的分析

分析了内置式光纤法布里－珀罗磁场传感器的灵敏度及光源线宽对灵敏度的影响。结果表明,光源线宽愈窄,灵敏度愈高;法布里－珀罗腔的反射率在红宽和腔长一定时,有一最佳值。反射率取最佳值时,探测的磁场最小,灵敏度最高。     

用157 nm激光制作的光子晶体光纤法布里-珀罗传感器

157nm准分子激光用于微加工具有单光子能量高,峰值功率高,材料吸收系数高,分辨率高等优点。利用157nm激光微加工的方法,在光子晶体光纤上融切出微小矩形孔,从而构成腔长为45.6μm的微光纤法布里-珀罗干涉腔,得到的干涉条纹平滑,衬比度约为26dB,并从激光与石英材料的相互作用上分析了形成较好干涉条纹的原因。把这种微腔应用于应变测量,在550μm范围内,腔长增量相对于应变的灵敏度为0.32nm/μm,线形度达0.9994。实验证明该微腔对温度不敏感,800℃范围内腔长变化仅20nm。157nm准分子激光加工光纤法布里-珀罗腔方法简单,一次成型,具有较高的加工效率和精度,有望实现光纤法布里-珀罗腔的规模化批量制造,具有较好的应用前景。