基于参考光栅的光纤光栅应变传感器温度补偿

为解决光纤布拉格光栅（FBG）应变测量时的应变、温度交叉敏感问题，利用FBG便于构成传感网络的优点，将温度补偿参考FBG与应变测量FBG串联在一路光纤上，根据2只FBG布拉格波长相对漂移获得被测结构应变。双FBG波长相对漂移对温度的灵敏度仅为0．12pm／℃，较好地实现FBG应变测量的温度补偿。参考FBG法原理简单，可操作性强，为FBG应变传感器的实际工程应用奠定了基础。     

七芯光纤布拉格光栅温度传感特性研究

基于相位掩模技术在七芯光纤(SCF)中刻写了光纤光栅(FBGs),通过实验对七芯光纤光栅在常温和低温下的温度传感特性进行了研究。结果表明,在30℃~80℃的常温温度范围内,传感器的温度灵敏度为9.98pm/℃,线性度为0.99944。在-60℃~20℃的低温温度范围内,传感器的温度灵敏度为8.77pm/℃,线性度为0.99751。可以看出,七芯光纤光栅对于常温和低温都有比较稳定的响应特性,但是温度降低时,灵敏度降低,线性度变差。研究结果对基于光纤光栅的温度传感研究具有参考价值。     

单光纤光栅对温度与应变的同步测量

提出了一种采用单光纤布拉格光栅(FBG)进行温度与应变同步测量的新颖设计。一根FBG被分成等长的两部分,用环氧胶水涂敷在其中一部分的表面,再套上金属套管,此时可以看成具有不同的布拉格波长的2个FBG,利用它们之间不同的杨氏模量和热膨胀系数,应变和温度能够同步测量。实验结果表明,在2700με和75℃的测量范围内,可以达到约6.1με和1.0℃的应变和温度精确度,误差主要来源于光谱仪分辨率的限制和FBG其中一部分的胶水涂抹不够均匀,通过使用高分辨率的解调仪和提高胶水涂抹工艺可得到更高的测量精确度。     

基于温度自补偿原理的光纤布拉格光栅压力传感器

本课题研究了温度自补偿对FBG压力传感器的作用。在压缩和牵拉FBG或温度变化时,FBG周期与反射率会发生变化,从而使光纤光栅中心波长相应漂移。本课题设计的FBG传感器,可以用来分析中心波长漂移与水位的对应变化关系,同时消除环境温度与结构热膨胀的影响。与通常的FBG传感器相比,该传感器的结构用来消除温度对压力测量结果的影响,实现温度的自补偿,对于解决温度和压力交叉敏感的问题具有指导性意义。本课题分析了传感原理,进行了温度和压力测试,显示出传感器性能优良,在0-500厘米的水位压力内,精度达5‰FS,分辨率1.3cm,重复性误差0.863%,线性误差0.415%.     

光纤布拉格光栅温度和应变交叉灵敏度的实验研究

测量了光纤布拉格光栅(FBG)在-150～550℃范围内中心反射波长对应变的依赖关系,得到了光栅的温度和应变交叉灵敏度系数。结果表明,不论是在低温环境还是高温环境,当光纤所受张力小于6000με时,波长变化与应变大小呈线性关系;光栅的应变灵敏度系数和交叉灵敏度系数是温度的函数,温度越低,应变灵敏度系数越大,交叉影响越显著。     

双悬梁光纤布拉格光栅低频加速度传感器

为了实现光纤布拉格光栅（FHG）加速度信号的准确测量,提出了一种新颖的双悬梁FBG加速度传感器。设计了传感器的结构及封装方法,理论分析了传感器的工作原理。实验研究了传感器的线性响应、温度响应、共振频率和方向抗干扰特性,结果表明,传感器的加速度响应灵敏度为7．81pm／m／s2,相对误差为2．62％,加速度与波长具有较好...     

可实现温度降敏的金属化光纤布拉格光栅

针对光纤布拉格光栅(FBG)传感器用于精确测量应力/应变场合时需屏蔽或补偿其温度灵敏性,本文在FBG化学镀Ni保护的基础上加入ZrO2微粒,形成Ni-ZrO2化学复合镀层,既具有金属镀层的保护作用,同时又实现了FBG的温度降敏。经元素分类扫描(EDS)测试,Zr元素的质量含量为30.12%,Ni元素的质量含量为67.87%;经扫描电镜(SEM)检测,复合镀层与FBG传感器结合紧密。对两支Ni-ZrO2化学复合镀保护的FBG传感器进行了多次30～90℃的温度传感实验,相比于化学镀Ni的FBG,其温度灵敏系数平均下降了34.59%。这表明,经Ni-ZrO2化学复合镀保护的FBG传感器具有温度降敏的特性。     

带温度补偿的新型光纤布拉格光栅水听器

本文研究了一种新的带有温度补偿功能的光纤布拉格光栅水听器封装.这种水听器的传感机制在于将水下声压信号转换为圆形薄板的轴向弹性振动,通过弹光效应实现光纤光栅中心波长的瞬时改变,从而对经过光纤布拉格光栅(Fiber Bragg grating,FBG)的反射光信号实现幅度调制.对2.5～12 kHz水声频率范围进行了实验测...     

光纤布拉格光栅传感器的温度补偿研究

应力和温度变化引起光纤布拉格光栅(FBG)传感器中心波长漂移的交叉敏感效应制约了光纤布拉格光栅传感器的实用化。在简介光纤布拉格光栅传感器工作原理的基础上,综述了近年来国内外在该领域实现温度补偿的相关技术和消除或减弱传感器温度敏感的方法,阐述了光纤布拉格光栅传感器温度补偿的原理,并分析了每种方法的特点,探讨了光纤布拉格光栅传感器应用中存在的问题。     

基于光纤光栅的温度不敏感光学麦克风

研制了一种基于光纤光栅的温度不敏感型光学麦克风。该麦克风由振膜传感声波信号,由一对匹配光栅来实现波长调制解调的功能,同时匹配光栅还可作为温度补偿的装置。从理论上解释了匹配光栅温度补偿的原理。实验证明,这种光学麦克风不仅能够获得稳定的传声效果,而且表现出较宽的频率响应范围(400~2 100Hz)和平坦程度,并且静态输出光功率随外界温度变化仅为0.0233 dBm/℃,表现出对温度的不敏感性。     

光纤光栅传感系统无源时域解调技术

基于光纤光栅匹配滤波技术．提出一种传感信号无源时域解调方案。该方案利用解调光栅受压电陶瓷驱动,对传感光栅反射光波进行波长扫描的原理,将传感光栅布拉格反射波长的漂移变为解调光栅透过的负脉冲在时域中间隔的变化。实验证明,该传感系统的传感分辨率为8．9μ;传感灵敏度的实验值为11．2μs／p,与理论值11．7μs／μ基本吻合。     

光纤Bragg光栅温度补偿方法的研究

应变和温度变化都会引起光纤Bragg光栅（FBG）反射波长的漂移,即所谓的交叉敏感问题,它是制约FBG传感检测技术实用化的“瓶颈”.从应变、温度交叉敏感的物理机制出发,阐述了光纤光栅温度补偿的基本原理,介绍了几种国内外常用的光纤光栅无源温度补偿的方法,并详细分析了每种方法的优缺点.     

取样光纤光栅温度特性及其温度补偿封装

用长周期振幅掩模板(周期为500μm)和相位掩模板(周期为1.0739μm),采用曝光法制作出了1.5cm长的取样光纤光栅。测试了光纤光栅的温度特性,发现光纤光栅的反射波长随温度的升高向长波方向漂移,三个主峰波长随温度的变化规律是相同的,波长与温度有良好的线性关系,温度变化并不会引起通道间隔的变化,温度漂移系数约为0.01nm/℃。采用与Bragg光纤光栅相同的负温度系数的衬底材料来补偿中心波长随温度的漂移,封装后的取样光纤光栅的温度系数达到0.004nm/℃。     

基于光纤光栅应变花的平面应变状态实验分析

提出并实现了直角与三角形两种光纤光栅(FBG)应变花方案,分别由在1根光纤上实现准分布的3个FBG制成。将之粘贴存等强度梁上,判断主应变方向及大小,研究其平面应变测量性能。试验结果显示,测量主应变方向同实际方向符合,两种应变花测量结果一致。     

光纤Bragg光栅温度传感滞后性研究

设计并建立了光纤Bragg光栅(FBG)温度传感实验装置,在20～260℃温度范围内对掺Ge单模FBG进行温度传感性能测试。通过比较升温与降温过程各相同温度点FBG中心反射漂移差,发现FBG对温度响应具有滞后性,滞后时间随温度的升高而减小。理论系统分析了滞后原因及规律,并提出了解决方法。     

折射率啁啾调制光纤光栅性能研究

从耦合模理论出发,详细推导出平均折射率调制啁啾系数、初始位置平均折射率调制系数和啁啾光纤Bragg光栅(FBG)周期啁啾系数之间的对应关系,并进行了数值模拟和实验研究。结果表明：通过对平均折射率调制系数进行啁啾控制,可以利用一块相位掩膜版制作出不同色散补偿量的FBG。     

光纤Bragg光栅低温特性研究

用相位掩膜方法制作了光纤Bragg光栅(FBG),实验研究了FBG波长从-60℃到20℃的低温变化特性。实验结果表明,在-55℃～十20℃区间,FBG中心波长与温度变化有着良好的线性关系和重复性;低于-60℃时,光栅中心波长急聚下降。     

三角形谱啁啾光纤光栅在光栅传感系统中的应用

利用三角形谱啁啾光纤布拉格光栅（T-CFBG）的反射和时延特性,提出了一种新的基于相位检测的FBG解调方案。该方案由光强来确定传感器光栅反射波长的相位延迟角范围,由相位检测来确定在该范围的相位延迟角大小,两者结合给卅传感光栅的反射波长,因此具有更高精度和更大波长检测范围。实验制作了宽带宽具有三角形反射谱的T-CFBG,并对其用于传感解调予以了模拟分析。     

用于分析双波长光纤光栅的矩阵运算法

本文提出了可分析双波长光纤光栅的短阵运算法,将光纤光栅分成许多薄层,每一薄层中的折射率近似为恒定的,薄层用传输矩阵表示,所有的矩阵相乘,可得到整光栅的传输特性,数值模拟结果表明,这种方法适用于双波工光纤光栅的分析。     

用应变仪探测光纤光栅波长移动的传感网络

本文提出并实验了一种新的探测光纤光栅波长移动的系统,该系统采用抖动调制的方法逐步逼近光纤光栅反射光谱的中心波长,并用应变仪作为系统的读出装置,彻底消除压电陶瓷的非线性性和滞后性带来的误差,使测量系统的精度得到明显提高。