光纤法布里-珀罗干涉式应变的测量

本文采用在一段单模光纤两端镀膜的方法构成不对称光纤法布里-珀罗干涉腔,导出此干涉腔反射光的数学模型,给出干涉腔与光纤连接构成干涉式光纤应变传感器的一般理论和测量方法。文中传感器采用低反射率的法布里一纳罗腔以改善光纤应变传感器的线性。输入、输出在同一侧便于使用;与电阻应变传感器相比精度高、适用范围广。     

一种新型光纤法布里-珀罗应变干涉仪

论述了一种非本征法布里 珀罗光纤应变传感器。采用透明弹性聚合物薄膜作为法布里 珀罗干涉腔,聚合物固定在多膜光纤末端作为应变敏感元件。传感器的分辨率为2μm,测量精度在0～5000μm范围内为5μm。     

本征不对称光纤法布里-珀罗干涉仪的理论模型

应用光学和数学理论导出本征不对称光纤法布里－珀罗干涉仪中反射光与透射光的数学模型及低反射率法布里－珀罗干涉腔长度的变化与干涉光光强的数学模型,半指出当ｒ１１＝ｔ１ｔ１ｒ２＝ｒ,且ｔ１ｔ１＝１－ｒ１＾２≈２。则法布里－珀罗腔反射光间的干涉近似为两束等幅光的干涉;文章还给出了光电转换器输出与法布里－珠罗干涉腔长度变化的数学模型。这些模型为不对称光纤法布里－珀罗干涉仪的使用提供理论依据。     

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。     

基于空芯光子晶体光纤的微小型非本征光纤法布里-珀罗干涉应变传感器

报道了一种用空芯光子晶体光纤制作的法布里-珀罗腔体,利用光纤熔接方法将该法布里-珀罗腔体和两根普通通信单模光纤熔接起来构成的微小型光纤法布里-珀罗干涉应变传感器。这种干涉传感器制作过程仅应用了切割和熔接手段,光纤材料单一,因此受温度变化的影响小。另外,该类型传感器的干涉腔长度对干涉信号强度影响不大,其干涉腔长度可至数厘米。因此,这类传感器将在大容量、准分布式传感系统中具有极大的潜在应用价值。     

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。     

基于椭球封闭空气腔的光纤复合法布里-珀罗结构折射率传感特性研究

提出了基于微椭球型空气腔的在线型光纤复合法布里-珀罗干涉结构,并对其折射率传感特性进行了研究.椭球型空气微腔是利用光纤熔接机对实芯光子晶体光纤和单模光纤以特定的熔接参数熔接形成.用高斯光束模型和ABCD法则分析了椭球型空气腔的腔内损耗,建立了电磁场在复合法布里-珀罗干涉结构中传播的物理模型.根据腔长比值的不同,环境折射率对干涉条纹的影响有对比度调制和波长调制,主要研究了一种波长调制型复合法布里-珀罗结构折射率传感器.仿真结果表明该折射率传感器在1—1.6范围内不出现折射率转折点;实验结果表明在1.333—1.466范围内,折射率灵敏度～37.088 nm·RIU-1,分辨率约为2.69×10-5.该光纤复合法布里-珀罗结构干涉条纹对比度高、体积小、成本低,用于折射率测量可靠性高、分辨率高、无折射率拐点、温度串扰小.     

光纤折射率传感器的设计与研究

基于菲涅耳反射及法布里-珀罗干涉原理设计的测量液体折射率的光纤传感器,该传感器可直接采用普通光纤裸纤端面作为传感器探头,探测系统具有结构简单,操作方便的特点,通过菲涅尔反射法和法布里-珀罗干涉法精确测量了水、甲苯和苯甲醚等样品的折射率,测量结果精确度较高。     

一种新的白光光纤传感系统波长解调方法

提出了一种新的白光非本征法布里-珀罗干涉（EFPI）光纤传感系统的干涉谱处理方法,在白光法布里-珀罗干涉光纤传感系统中,一个中心波长为850nm的发光二极管（LED）作为宽谱光源,HR2000高分辨力微型光谱仪用来测量返回的干涉光谱。通过跟踪干涉光谱中的特定谱峰点,法布里-珀罗干涉传感器的腔长值可以被解调出来。应用反向传播神经网络,解决了单峰测量方式的级次模糊问题。反向传播神经网络能够分辨出干涉谱中不同谱峰的干涉级次,因而可以进行多个谱峰的连续跟踪。从而实现了高精密度、大动态范围的测量。进行了基于这种干涉谱处理方法的白光法布里-珀罗干涉传感系统的应变测量实验。利用该传感系统实现了精密度达0．1με,500με范围的应变测量。     

光纤法布里-珀罗干涉温度压力传感技术研究进展

光纤法布里-珀罗干涉温度和压力传感器具有灵敏度高、制作简单、成本低、体积小和抗电磁干扰能力强等优点,已被广泛应用于军事和民用领域.在某些环境恶劣,如具有强电磁干扰和腐蚀性,或提供给传感器的安装空间非常有限的特殊工业领域,微型光纤温度和压力传感器发挥着重要的作用,国内外诸多高校、科研院所都在对其进行研究.本文综述了光纤法布里-珀罗干涉仪的基本原理、制备技术、及其压力和温度传感应用的研究进展.详细介绍了湿法化学腐蚀制备法、电弧放电制备法、飞秒激光制备法、聚合物辅助制备法等常见光纤法布里-珀罗腔传感器的制作工艺,分析了不同制作工艺的优缺点;详细介绍了光纤法布里-珀罗干涉仪在温度传感、压力传感和温压一体传感领域的应用;最后对光纤法布里-珀罗干涉温度压力传感器的发展进行了总结和展望.     

埋入式F-P光纤应变传感器在混凝土桥梁健康监测中的应用研究

对基于白光干涉的埋入式F_P光纤应变传感器的测试原理及主要结构参数进行了分析,介绍了该埋入式传感器的研制工艺特点。通过对传感器的性能考核试验,验证了该传感器具有优良的精度稳定性和耐久性,通过秦沈客运专线辽河特大桥施工过程监测试验,验证了该传感器满足桥梁施工现场复杂状况下混凝土结构应变监测的要求。由于该传感器的成本不及同类型进口产品的1/5,具有广阔的普及应用前景。     

弯曲增敏型光纤曲率传感器机理的研究

近年国外出现一种直接检测弯曲的低成本光纤曲率传感器,采用弯曲增敏技术提高光纤对弯曲的灵敏度。这种传感器的线性范围宽,能区分正向弯曲和负向弯曲,在测量较大弯曲变形的场合更具优势;并且适合埋入结构内部检测,通过转换还可测量轴向应变。然而其传感机理方面的研究仍处于探索阶段。通过分析光辐射度余弦定律理论、回音壁光线理论、沟槽角度理论等国内外对该传感器机理的研究成果,并基于平面波导的光散射损耗理论,提出了光纤曲率传感器的机理。指出弯曲引起光纤敏感区表面散射损耗的改变是导致光传输损耗改变的原因;推导出损耗与光纤弯曲半径、表面特性、光纤结构参量关系的数学模型,并通过实验验证了模型的有效性。     

光纤多轴应变计

本文介绍了一种用于应变测量的新型元件——光纤多轴应变计。这种元件的测量原理与以往的金属敏感栅测量原理截然不同，测量部分为光信号调制，具有灵敏度高、不受电磁干扰、耐高温、传输距离远等特点。本文对这种应变测量元件做了理论上的分析及实验研究，确定了光纤多轴应变计的测量方案，从而得到点的应力状态。文中还介绍了应变计的测量电路和温度补偿方法。对于这种新型光学应变计来说，作者对其性能与电阻应变片做了初步比较与探讨，这项工作还将继续下去。     

Long-distance fiber sensor system based on the second-order Raman pump and amplification

We demonstrate a novel technique to realize a long-distance fiber sensor system based on the second-order Raman pump and amplification. With the second-order Raman pump and amplification, a gain spectrum around 1582-nm is achieved. It serves as not only the optical source for the remote fiber sensor but also the filter to intensity modulated the wavelength shift of the fiber sensor. A long-distance fiber strain sensor system is demonstrated by adopting a fiber Fabry?CPérot sensor. Experimental results show that the wavelength shift of the sensor in response to the strain is simultaneously intensity modulated by the steep slope with a high sensitivity, while it is temperature insensitive. With the side gain spectrum served as a quasi-linear filter, the sensor can also be quasi-linearly intensity-modulated.     

基于表面等离子体共振原理的空芯光纤传感器

设计了一种基于表面等离子体共振原理,使用空芯光纤作为光波导、外表面镀金属膜的光学材料圆柱体作为探头的新型折射率传感器。通过建立光学模型进行分析,在理论上推导出了这种传感器的传输光谱损耗公式,并针对该传感器在不同的光纤长度、探头材料、检测物质折射率等参数设置下的检测性能进行了分析,获得了各种参数对其性能的影响。由于该传感器可针对不同折射率的检测物质灵活地更换合适探头材料,相对于传统的表面等离子体共振光纤传感器,在易用性和性价比等方面具有更好的应用价值。     

非轴向力下埋入式光纤传感器应变传递分析

利用剪滞法建立了当光纤光栅传感器的轴线和基体主应力的方向成一定角度时,光纤光栅传感器的测量应变与基体结构实际应变之间的关系,进而得出了光纤光栅传感器的平均应变传递率的一般公式。采用裸光纤光栅传感器进行实验,在倾斜角度α为30.72°时,实验所得的波长变化之比分别为:0.727,0.738,0.746;理论计算所得的波长变化之比为0.739,相对误差都在2%以内。同时分析了埋设角度偏差对测量结果的影响。研究结果表明,非轴向力作用下光纤光栅传感器的应变与结构基体应变之间的传递关系与其在轴向力作用下存在明显的区别,埋设角度的偏差会给测量结果造成一定的误差。     

Ultrahigh sensitivity polarimetric strain sensor based upon D-shaped optical fiber and surface plasmon resonance technology

An ultrahigh sensitivity polarimetric strain sensor is proposed based upon a four-layer D-shaped optical fiber and surface plasmon resonance (SPR) technology. In contrast to existing SPR-based sensors, which are based on changes in the refractive index of the overlayer, the sensor proposed in this study is based on the change in the refractive index of the fiber core in response to the application of an axial load. Specifically, the phase difference between the P and S waves after passing through the sensor under SPR conditions is measured using a common-path heterodyne interferometer and is used to determine the corresponding change in the refractive index of the core, from which the strain is then inversely derived. The experimental results show that the sensitivity of the proposed sensor is around 2.19×10? deg/ε, i.e., degree/strain. By contrast, that of a conventional (non-SPR) polarimetric fiber sensor is just 5.2×102 deg/ε. To the best of the authors' knowledge, the sensor proposed in this study represents the first reported attempt to exploit the refractive index change of the core of an SPR-based fiber sensor for strain measurement purposes.     

分布式光纤温度压力传感器设计

为了实现油田井下温度压力的全分布式测量,提出了一种基于光纤散射原理的分布式温度压力测量方法。该方法通过对普通光纤进行封装设计,制作成传感光纤。由于光纤传感器周围流体的温度和压力会对传感光纤内的散射光产生调制作用,通过光纤解调仪解调出光纤拉曼散射参数和布里渊散射频移就能够实现温度和压力的实时在线测量。实验结果表明:设计的分布式光纤温度压力传感器可以实现的温度测量分辨率为0.1 ℃,压力测量分辨率为0.07 MPa。基本满足油田井下温度压力测量的全分布式、实时在线、可靠性高、精度高、抗干扰能力强等要求。     

Strain Sensor Using Optical Fiber Unsymmetrical F-P Cavity and the Characteristic Analysis

An intrinsic Fabry-Perot cavity consisted of different reflective mirrors is used in fiber-optical sensors for measuring the strain. The character of the unsymmetrical fiber-optical Fabry-Perot cavity and fiber-optic longitudinal stress-strain effect is analysed. The general theory and measurement method of strain are presented. A low fineness Fabry-Perot cavity is used to improve the linearity of optical fiber strain sensors. The result of experiment agrees well with the theory.