波长检测技术在温度测量中的应用

提出一种波长检测技术实现温度测量的方法,利用FBG传感器对温度等物理量实施监测,具有测试精度高,应用场合不受限制等特点,当环境参数发生变化时,光纤光栅的有效折射率和光栅周期会受到影响,将引起光纤光栅峰值波长的偏移,依据反射光谱结构的变化,可知道其温度的变化趋势。实验测试结果表明,在温度变化0.1°,波长变化1pm,温度和波长具有良好的线性关系。     

光纤光栅腐蚀传感器

提出了一种测量钢筋腐蚀的新型传感器.这种传感器将光纤光栅拉伸后固定在圆形钢筋的表面,在钢筋被腐蚀后,光纤光栅所受到的拉伸应变将被释放,光纤光栅的反射光波长发生变化,通过测量光纤光栅的波长就可以测得钢筋腐蚀程度.这种传感器测量准确度优于±0.1 μm,测量范围约12 μm,可用于混凝土结构中钢筋腐蚀的早期监测.     

基于色散补偿光纤的高速光纤光栅解调方法

本文提出并论证了一种光纤光栅高速解调的新方法, 利用色散补偿光纤的色散效应, 将光纤光栅的波长漂移信息转换成时域信息. 采用脉冲激光器作为光源, 仅需一个光脉冲可获取单根光纤上所有光纤光栅的反射光脉冲, 再根据各个光栅反射回光脉冲的延时变化即可实现波长的解调. 本方法可用于准分布光纤光栅传感网络解调, 系统采用全光纤结构, 无需波长扫描, 大大提高了解调速度. 本文搭建了测试系统进行实验验证, 对3个光纤光栅组成的准分布式传感网络进行了解调, 实验结果表明, 解调出的光纤光栅布喇格波长线性度好, 解调速度最高可达1 MHz, 采样数据取10次平均后解调线性度可达0.9969, 解调误差约为27.8 pm.     

分时复用光纤光栅振动传感器阵列

结合基于3×3耦合器的光纤Mach-Zehnder干涉仪和可调谐光纤Fabry-Perot滤波器（Fiber-Fabry-Perot,FFP）,提出了一种分时复用光纤光栅振动传感器的技术.用FFP对串联在一根光纤上的光纤光栅的波长进行轮流扫描,让光栅的反射光按波长顺序依次通过FFP.而对于每一光纤光栅上外加的振动信号,用光纤Mach-Zehnder干涉仪进行测量.实际测量结果显示,FFP结合Mach-Zehnder能够对每一只光栅上的振动信号进行分时测量.     

基于混沌光纤激光的准分布式布拉格传感网络

提出了一种基于混沌光纤激光器的准分布式布拉格光纤光栅传感系统,将波长可调谐的混沌光纤激光器作为传感光源,全同弱反射布拉格光纤光栅作为传感元件。利用混沌光源具有delta函数的自相关特性,将混沌源的参考光信号与从全同弱反射布拉格光纤光栅反射的光信号经光电探测器进行光电转换,结合相关法对参考光和反射光进行相关运算,根据相关峰的位置对传感器位置进行精确定位。利用混沌激光的可调谐性实现因应力作用而发生变化的全同弱反射光纤光栅的中心波长的解调,从而实现准分布式的传感网络。实验结果表明利用混沌激光可在单路光纤上复用全同弱反射光纤光栅实现传感,并有望实现密集型全同弱反射光纤光栅传感网络。     

用光纤光栅传感器测量外压力的动态调制方法

为了提高光纤布拉格光栅压力传感器的精度和降低系统成本，提出一种使用光纤双布拉格光栅测定压力的测量方法，即在外界压力作用下，传感光纤布拉格光栅反射波长的飘移被转变成在交变力策动下发生弯曲的等强度悬臂梁调制的扫描光栅的反射光脉冲间隔的变化。实验结果表明：光纤布拉格光栅反射波长漂移的测量范围为0～3nm，波长测量的不确定度为1pm；压力传感器的量程为0～6MPa时，压力的测量不确定度为0.005MPa。     

光纤Bragg光栅应变测量中啁啾特性的研究

用光纤Bragg光栅进行应变（静态、动态）测量时,由于光栅轴向各部分受到的应变不同,因而产生布喇格中心波长漂移量发生变化.实际测量中往往忽略此扰动对光纤光栅反射谱中心波长的影响,则必然带来测量误差.采用耦合模理论,分析并研究了Bragg光栅受轴向线性应变、高次应变和非线性周期应变波等情况下的啁啾特性.根据各自啁啾特性的不同,给出了对光纤光栅反射谱中心的影响,以及测量各种应变时的测量条件和范围.     

基于布拉格光栅的边坡监测实验研究

提出了一种基于分布式光纤光栅的边坡监测与报警系统.根据强度折减法,利用ANSYS软件分析出边坡的软弱面及滑体所在的具体位置,从而在该处安装经过特殊封装的拉线式光纤光栅位移传感器.滑体的位移通过拉线转换为作用在光栅上的应力,而光纤光栅反射波长与应变具有良好的线性关系,因此通过检测光栅反射光的中心波长的偏移量,就可以解调出...     

新型高准确度光纤光栅压力传感系统

提出一种使用光纤双布喇格光栅测定压力的测量方法.在外界压力作用下,传感光纤布喇格光栅反射波长的漂移,被转变成在交变力策动下,发生弯曲的等强度悬臂梁调制扫描光栅反射光脉冲间隔的变化.实验结果表明,光纤布喇格光栅反射波长漂移的测量范围为0～3 nm,波长测量的不确定度为1 pm;压力传感器的量程为0～6 MPa时,压力的测量不确定度为0.005 Mpa.     

可分离温度影响的FBG应变测量方法

光纤布拉格光栅在通信和传感领域具有广泛的应用。利用光纤布拉格光栅中心波长的偏移，可以测量温度和应变等多种物理量，但必须解决光栅对温度和应变的交叉敏感问题。该文简要分析了光纤光栅作为传感器的基本原理及其优点，设计了利用参考光栅法分离温度影响以及利用掺铒光纤的自发发射放大特性分离温度影响的2种应变测量方法。最后，介绍了一种利用倾斜光纤光栅的主模和边模对布拉格光栅中心波长的偏移进行解调的方法，该方法成功地分离了温度对应变测量的影响。     

基于悬臂梁的光纤光栅线性调谐

理论上对不同厚度的“凸”字形悬臂梁的调谐能力进行了分析,实验中选用适当尺寸的悬臂梁,对粘贴基上的光纤光栅的反射波长实现了线性调谐,并观察到由于梁轴向应力的梯度分布造成的啁啾输出现象,指出选用长度较短的光栅可以减小谱的展宽量。     

Bend Sensing with Temperature-insensitive Long-period Fiber Grating

The changes in wavelength and attenuation of temperature-insensitive long period fiber grating subjected to bends with curvatures from 0 to 4.4 m-1 are examined. The wavelength change with curvature is nonlinear and the minimum detectable curvature change is 0.03 m-1.     

光纤光栅激光器激射波长的研究

一般认为，用光纤光栅作选频元件的光纤激光器，激射波长与光纤光栅中心反射波长一致，本文报道了不同的实验研究结果。通过细致的实验研究，发现光纤光栅激光器激射波长相对于光纤光栅中心反射波长有一定的偏移。激射波长可以出现在光栅中心反射波长的长波端，也可以出现在其短波端。对不同腔结构的掺镱、掺铒光纤光栅激光器的深入研究证明，谐振腔的各向异性对激光器的激射波长偏移起到决定性的作用，波长最大偏移量主要受限于光纤光栅的反射带宽。通过激光腔内的偏振控制器改变谐振腔的各向异性，可以在光纤光栅的反射带宽内控制激射波长的位置。     

柚子型微结构光纤Bragg光栅温度和应变传感特性研究

通过对柚子型微结构光纤Bragg光栅的多个反射峰的温度和应变传感特性进行的理论和实验 研究，得出柚子型微结构光纤Bragg光栅的反射波长与温度呈二次关系，且理论和实验二者 吻合较好; 同时发现每个反射峰的温度灵敏度不同.理论分析柚子型微结构光纤Bragg光栅的 反射波长与应变呈线性关系，实验得到了该种Bragg光栅的反射波长与应变的线性关系，实 验结果与理论分析相吻合.由于微结构光纤光栅反射谱中多个峰对温度和应变等物理量敏感 度不一致，这种Bragg光栅更适合应用到多参量传感领域. 关键词： 微结构光纤 光纤Bragg光栅 温度传感 应变传感     

光束发散度对紫外写入光纤光栅的影响

用傅里叶衍射光学分析了准分子激光束发散度对于光纤光栅制备的影响，发现光束发散角使光纤光栅的布拉格波长发生改变，相位版后干涉场沿光纤轴向和径向不均匀，对制备30dB高反射率光纤光栅造成困难。实验结果与理论分析基本一致，相对于理想平行光束情况，会聚光束使得光纤光栅布拉格波长出现在短波一边，发射光束使得光纤光栅布拉格波长出现在长波一边。     

基于新型长周期光纤光栅的低成本应变传感系统

首次利用高频CO2激光脉冲写入的长周期光纤光栅的边缘滤波效应，实现了静态与动态应变的测量.使用单波长输入光，光信号经过长周期光纤光栅衰减后进入光电探测器，最终输出电压信号.当对光栅施加应变时，其中心波长将发生漂移，由于光栅阻带的边缘滤波效应，光电探测器接收的光强会随之变化，测量其输出的电信号，可以得出光栅发生的应变大小与频率.对于静态应变测量，可分辨的最小应变小于10 με，精度为±10 με;在动态实验中,发现光栅能够响应5 kHz以上的动态应变.这种传感系统结构简单，成本低,响应快.     

Bend Sensing with Temperature-insensitive Long-period Fiber Grating

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｌｏｎｇ ｐｅｒｉｏｄｆｉｂｅｒ ｇｒａｔｉｎｇｓ (ＬＰＧｓ )ｒｅｃｅｎｔｌｙａｔｔｒａｃｔｅｄｍｕｃｈａｔｔｅｎｔｉｏｎｆｏｒｕｓｅｉｎｏｐｔｉｃａｌｓｅｎｓｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ[1,2 ] .Ｔｈｅｙａｒｅｕｓｅｄａｓｓｅｎｓｉｎｇｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ,ｓｔｒａｉｎａｎｄｂｅｎｄｉｎｇｏｆｆｉｂｅｒ .Ｈｏｗｅｖｅｒ ,ｍｉｎｉｍｉｚｉｎｇｔｈｅｃｒｏｓｓｔａｌｋｂｅｔｗｅｅｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅａｓｕｒａｎｄｓ,ｅｓｐｅｃ…     

光子晶体光纤长周期光栅的谐振波长特性研究

利用有限差分法和耦合模理论分析了光子晶体光纤结构参数等因素对光栅周期调节长周期光栅谐振波长作用的影响,结果表明:对于同种光纤,可通过增大或减小光栅周期来减小或增大谐振波长;若占空比f增大或减小,可通过减小或增大光栅周期来保持谐振波长不变;若比例系数M增大或减小,可以成正比增大或减小光栅周期来保持谐振波长不变;在只是空气孔层数增加的系列光纤中,在长波处,为取得同一谐振波长,光栅周期需要增大数个m,但在短波处则正好相反;内层气孔对光栅周期调节谐振波长的作用影响较大,而第5层以外各层的影响十分微弱。综合利用这些规律,可以快捷地选择合适的光栅周期,高效率地制备有合适谐振波长的光子晶体光纤长周期光栅。     

压电陶瓷驱动的动态匹配光栅滤波解调法优化

提出并实验验证了一种动态匹配光栅滤波系统的优化解调方法.在压电陶瓷驱动的动态匹配(光纤)光栅滤波解调系统中,一方面采用上升高压锯齿波,以消除压电陶瓷滞回效应;另一方面将压电陶瓷电压与伸长量关系的反函数作为锯齿波上升电压,以校正压电陶瓷的非线性;进而,为实现解调系统的温度补偿,引入一根中心波长保持不变的参考(光纤)光栅.在锯齿波上升过程中,匹配光栅与参考光栅和传感(光纤)光栅在不同时刻匹配,匹配时间差仅与传感光栅有关,而与解调系统温度无关.实验结果表明,优化后系统的线性度可提高2%,灵敏度与理论值的相对误差小于0.6%;在10～60℃范围内,该解调系统温度变化引起的相对误差小于1%.