基于Sagnac干涉计谐波游标效应的光纤温度传感器

提出一种基于双萨格奈克（Sagnac）干涉计谐波游标效应的光纤温度传感器,在该传感器中,传感干涉计中熊猫光纤的长度约为参考干涉计中熊猫光纤的整数倍。理论分析与实验结果表明,当游标放大倍率相同时,基于谐波游标效应和基于普通光学游标效应的双Sagnac干涉计具有相同的温度灵敏度,但谐波游标效应对应的熊猫光纤长度失谐量明显大于普通光学游标效应,且阶数越高对应的失谐量越大。由于失谐量越大,游标放大倍率越容易控制和实现,因此,从制备角度上讲,谐波游标效应明显优于普通光学游标效应。该研究可为后续光学游标效应的研究提供重要参考。     

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9 048.78nm/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.     

少模光纤模式反射迈克尔孙干涉仪及其游标增敏应用

提出了一种少模光纤迈克尔孙干涉仪（MI）级联法布里-珀罗干涉仪（FPI）的游标增敏折射率传感器。少模光纤MI用作参考干涉仪,开放腔FPI作为传感干涉仪,解决了传统双FPI传感器的参考干涉仪制备复杂、可控性差的问题。仿真研究了单模-少模光纤错位量对少模光纤模式激发效率的影响,以及少模光纤长度对增敏倍数的影响。基于仿真优化参数制备了少模光纤MI-FPI传感器,并测试了其折射率响应特性,分析了增敏极限及限制因素。该传感器在1.3384～1.3412的折射率范围内的折射率灵敏度达到12466.956 nm/RIU（灵敏度单位）,相对于无MI级联的单个FPI传感器提升了12.29倍,放大倍数可基于少模光纤长度灵活控制。该方法使传感器的增敏效果显著、增敏倍数可控、制备方法简单且光谱稳定性好,在折射率传感领域具有潜在的应用价值。     

基于游标效应的增敏型光纤法布里-珀罗干涉仪温度传感器

本文介绍了一种高灵敏度光纤温度传感器.该传感器由一小段毛细管熔接于单模光纤和一段大模场光纤之间而构成串联的两个法布里-珀罗干涉仪.由于俩干涉仪具有相近的自由光谱区,因而它们的叠加光谱会产生游标效应.实验结果显示,利用游标效应解调,该传感器的温度灵敏度可从单一空气腔法布里-珀罗干涉仪的0.71 pm/℃提高到179.30 pm/℃.该传感器结构紧凑(1 mm)且灵敏度高,具有良好的应用前景.     

基于微结构光纤和游标效应的高灵敏度压力传感器

结构健康监测、医疗诊断分析、气压检测以及军事工程应用等领域对压力的高灵敏度探测要求越来越高。光纤传感器由于其体积小、灵敏度高及抗电磁干扰等优点被广泛应用于压力测量。针对石英材料的杨氏模量较高,传统实芯光纤压力传感器的受压变形量较小,导致测量灵敏度很难提高。文章提出了一种基于游标效应的双Sagnac干涉环式光纤压力传感器。传感器由保偏光子晶体光纤(Polarization Maintaining Fiber, PM-PCF)作为敏感单元实现Sagnac干涉并通过不同PCF长度实现针对压力增敏特性的游标效应。传感器分别采用在单模光纤中嵌入PM-PCF形成传感器的参考单元和压力敏感单元,并对Sagnac环的感压部分进行封装,通过实验对并联型Sagnac环压力传感器的压力特性进行研究。实验结果表明在压力范围为0～2.4MPa内,压力传感器最大灵敏度为-54.491nm/MPa,分辨率为0.367kPa。相比无游标效应的Sagnac环压力传感器,其压力灵敏度放大了16.7倍。此外,传感器具有制造简单、结构坚固、运行稳定的优点,为高灵敏度压力传感器提供了一种替代设计方案。     

基于游标效应的温度不敏感光纤拉力传感器

提出了一种基于光学游标效应的并联法布里-珀罗干涉仪,实现了高灵敏度的光纤拉力传感。为实现高质量的游标效应,该传感器由两个法布里-珀罗干涉仪并联组成,分别为传感干涉仪和参考干涉仪,在此基础上,采用光纤衰减器来精确调控参考干涉仪的插入损耗,便于波长和强度之间的完美匹配。实验结果显示,并联后的拉力灵敏度达到了63.5 nm/N,线性度为99.26%,与单一传感干涉仪相比灵敏度提高了15.8倍。同时,温度串扰仅为9.8×10^-4 N/°C。该传感器具备制作简单、灵敏度高、机械强度高、体积小以及成本低等优点,为恶劣条件下拉力测量提供了应用参考。     

基于PDMS膜封装空芯光纤的级联双腔温度传感器

提出并制备了一种基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜封装空芯光纤的级联双腔温度传感器。该传感器由空气腔(FP1)和PDMS腔(FP2)级联而成，且PDMS腔长度远小于空气腔长度，从而使该传感器满足游标效应产生条件[FP1腔与复合腔FP3(由FP1和FP2组成)的光程接近]。当外界温度变化时，PDMS膜向两侧膨胀，导致FP1腔和FP3腔的干涉谱向相反的方向移动。实验结果表明，FP1腔和FP3腔干涉谱产生了游标效应，干涉谱包络明显；在50～60℃范围内，温度灵敏度达到1.32 nm/℃,该结果与理论分析结果相符。该传感器具有体积小、结构轻、灵敏度高、制备简单等优点，在化学、生物、医疗等领域具有潜在的应用价值。     

空间扫描型光纤法布里珀罗传感解调中LED光源的影响研究

结合恢复单色频率绝对相位解调算法研究了光源输出参数对空间扫描型光纤法布里珀罗传感解调影响。建立了相位解调值随光源中心波长变化的数学模型,通过改变光源光功率和光谱进行了解调实验研究。结果表明压力解调值的误差值与光源输出光功率有关;当温度升高时光源光谱会产生红移,使压力解调值产生误差;解调值与光源光谱中心波长满足二次函数关系。实验结果与理论分析一致,在140kPa范围内保证0.1%的解调误差时,光源光谱中心波长波动小于1.79nm。     

基于游标效应的双芯光子晶体光纤温度传感器

设计了一种基于双芯光纤耦合效应和游标效应的高灵敏度温度传感器,传感器是由2个相差一定长度的双芯光子晶体光纤和单模光纤级联构成。双芯光子晶体光纤通过级联实现游标效应,同时对纤芯中间的气孔填充乙醇实现温度传感。仿真结果表明,该温度传感器在35℃～45℃范围内的平均温度灵敏度可达-20.37 nm/℃。与单纯依靠双芯光子晶体光纤能量耦合效应的传感器相比,该传感器的温度检测灵敏度提高了10倍。     

基于光频域反射计的光纤分布式传感中光谱分辨率提升技术EI北大核心CSCD

为实现对飞行器结构高精度、高分辨率的健康监测,开展了对光频域反射光纤分布式传感技术的研究。介绍了瑞利散射光谱互相关分布式传感的原理,分析了传统互相关法中传感单元长度对光谱分辨率的限制因素,提出利用傅里叶插值法提高光谱分辨率的方法,并进行了实验验证。实验结果表明,采用所提方法可在长度为14.2m的单模光纤上实现传感单元长度为1cm、光谱分辨率为1.6pm的连续分布式传感。所提方法在高精度、高分辨率的短、中程健康监测领域具有广阔的应用前景。     

高Q光学微球腔角速度传感效应验证

根据角速度传感的基本原理,搭建了以高Q光学微球腔为核心敏感部件的角速度传感实验测试系统。实验中通过调制、解调技术得到了光学微球腔的谐振曲线及其相对应的解调曲线,并采用PID反馈控制电路实现了微球腔谐振点的实时跟踪锁定,谐振点锁定精度约为10 kHz。通过对系统提供低、高2组不同的旋转角速度进行实验测试,并对数据进行处理分析,得到系统输出信号幅度的变化趋势与测试转台提供的旋转角速度变化情况相对应的结果。初步验证了高Q光学微球腔的角速度传感效应,为后续深入研究高Q光学微谐振腔角速度传感器件奠定了基础。     

具有有源闭合腔的光纤光栅传感系统地址查询技术

基于熔融拉锥技术研制的3 dB宽带耦合器的光纤环形镜的工作原理,提出了一种新型的具有有源闭合腔装置的光纤光栅传感系统。在用作闭合共振腔端镜的环形镜中写入十个波分复用光纤光栅传感元,利用共振腔中接入的法布里-珀罗滤波器,通过控制电压对传感光栅的波长扫描,实现对传感地址的查询。用非平衡的迈克耳孙扫描干涉仪将传感光栅的波长漂移信息变为相移信息,实现传感信号的解调。系统传感灵敏度的实验值为1.5835°/10-6ε,与理论值(1.6662°/10-6ε)基本吻合。     

空芯光纤气体传感气室的优化设计

波导式光学吸收腔在气体和液体浓度测量等领域有广泛的应用前景。空芯光纤作为光学吸收腔具有很多优点。空芯光纤的参数与传感系统的性能有直接的关系。提出了一种能同时考虑空芯光纤的损耗和系统信噪比的数学模型。从理论上分析了光纤的长度、内径、目标气体浓度以及输入光场能量分布等因素对传感系统信号输出强度和灵敏度的影响。给出的最优化参数为提高系统灵敏度和补偿系统误差提供了参考。     

光放大外腔式光纤法布里-珀罗干涉传感系统

提出了一种大幅度提高外腔式法布里珀罗干涉传感器干涉信号强度的方法 ,利用掺铒光纤放大自发辐射产生的光源代替一般宽带光源 ,同时由于掺铒光纤的放大作用可以放大干涉信号 ,将光纤法布里珀罗传感器的信号强度提高了 4个数量级 ,因而利用该方法可获得很强的信号和较高的信噪比。介绍了基于光放大的外腔式法布里珀罗干涉传感系统的结构、测量原理及实验。实验结果表明该传感器的应变精度为± 10 με,可满足实际应用的要求。该传感系统在大幅度提高传感器信号强度的同时并未提高系统的成本 ,因此有着较高的性价比和实用价值。     

聚二甲基硅氧烷的折射率和线膨胀气压响应特性

聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一种高分子有机硅化物,广泛应用于微流控芯片制备、生物、光学以及复合材料基体等不同的领域.通过结合PDMS与光纤结构构建了光纤干涉仪,利用光学传感技术研究了PDMS折射率和线膨胀的气压响应特性.实验结果表明,PDMS的折射率随气压的变化率为-2.1×10-2 RIU/MPa(RIU为折射率单位),线膨胀随气压的变化率为17.3 μm/MPa.采用光学测量的形式对PDMS的折射率和线膨胀气压响应进行研究,精确度和可靠性更高.     

基于空芯光纤的新型化学发光传感系统

结合溶胶-凝胶固定酶的方法和介质膜金属空芯光纤,提出了一种新型空芯光纤结构的化学发光传感腔。研究了将溶胶-凝胶敏感膜镀制在空芯光纤内壁的工艺,并对此种新型传感器件的发光和导光模式进行了仿真计算,讨论了传感腔各项参数的优化。设计和搭建了基于新型空芯光纤化学发光腔的传感系统,对隐形眼镜液中双氧水含量的实际测量表明,系统具有较高的检测灵敏度(10μM)和良好的重复性。传感系统操作简单、响应快速、可小型化,在生化研究、环境监测以及食品工业等领域有广阔的应用前景。     

具有温度补偿功能的光纤光栅传感解调系统

从理论和实验上研究了三角形光纤布拉格光栅的温度特性,结果表明：三角形光纤布拉格光栅谐振波长的温度变化率与普通光纤光栅的相同,并且其光谱形状不随温度的变化而改变。利用三角形光纤光栅光谱的这一温度特性,设计了一种具有温度补偿功能的应变传感解调系统。该系统利用斜线光纤光栅将光纤光栅应变传感的波长编码信息转换为强度,并且用信号强度与参考光强度的比值作为应变的度量值。研究表明,应变与应变度量值成线性关系,同时系统具有温度补偿功能。在三种不同的温度条件下,对悬臂梁的应变测试结果显示：在实验测量范围内,温度变化1℃导致的应变测量误差小于6微应变。由于采用信号强度和参考光强度的比值作为应变的度量值,避免了宽带光源的平坦度及波动对测量结果的影响。     

光纤激光器自混合干涉效应研究

针对光纤激光器自混合干涉传感应用,研究了光纤激光器自混合干涉特性,运用四镜法布里-珀罗腔模型对掺铒线形腔光纤激光器自混合干涉效应进行了理论分析,对不同反馈水平下的自混合干涉信号进行了数值模拟,获得了光反馈条件下光纤激光器输出特性.外腔长度的改变会调制激光器的输出强度,外腔长度变化半个波长,对应一个干涉条纹,弱反馈条件下,由反馈引起的激光器的频率变化可以忽略.设计了基于光纤激光器的自混合干涉实验,实验结果和理论分析相符合.此研究结果为进一步开展光纤激光器的自混合干涉传感应用研究奠定了理论与实验基础.     

基于PSO算法的DTS传感模型的参数辨识与优化

基于光纤拉曼散射效应和Monte-Carlo法,建立了一种分布式光纤拉曼温度传感系统(DTS)传感模型。应用改进的PSO算法对所建立的传感模型进行参数辨识,分析了种群数目、迭代次数、惯性权重、加速度因子等参数选值对算法的影响,选取了最佳参数组合。搭建了分布式光纤温度传感系统实验平台,运用所建立的DTS传感模型对分布式光纤温度传感系统进行相关的仿真及预测。实验及仿真结果表明,传感模型在空间分辨率为1m时,预测误差≤±0.25%;该分布式光纤温度传感系统测温误差≤±0.40℃。     

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.