Low-Temperature Radiometric Measurements Using a Silver Halide Optical Fiber and Infrared Optical Devices

In this study, we measured an infrared radiation which is transferred by a silver halide optical fiber from a heat source using a radiometer system for low-temperature measurements. To increase the amount of infrared radiation through the silver halide optical fiber and to the pyroelectric sensor, infrared optical devices used were an infrared focusing lens and a collimator. The relationship between the temperatures of a heat source and the measured radiometer signals were determined. The measurable temperature range of a fiber-optic temperature sensor using a pyroelectric sensor was from 298 to 333 K. It is expected that a noncontact low-temperature sensor using an infrared optical fiber can be developed for medical and industrial usages based on the results of this study.     

双参量偏振调制光纤传感器输出信号的分离与线性化

分析了用一个传感头实现双参量测量的偏振调制光纤传感器的工作原理，表明该传感器能同时输出两路信号，其中一路利用泡克耳斯效应测电压或利用光弹效应测压力，另一种利用旋光效应测温度。但其输出的两个测量参量之间存在交叉敏感现象，并且其输出呈明显的非线性。因此提出一种基于人工神经网络的双参量偏振调制光纤传感器输出信号分离与线性化方法。以传感器输出作为输入样本，测量参量的实际值作为输出样本，通过训练使神经网络建立传感器输出与其实际感受的测量值之间的复杂非线性关系。计算机仿真与实验结果表明，该方法不仅能在较宽的测量范围内有效地分离两个测量参量，而且能在神经网络的输出端得到理想的线性输出。     

利用地球红外辐射的旋转飞行体姿态估计方法

针对导航控制系统对姿态测试技术多元化、新型化和低成本的要求, 提出了一种基于地球红外辐射的旋转飞行体姿态估计方法. 首先, 根据地球红外辐射的产生机理, 结合红外辐射在大气中的传播规律, 建立了地球红外辐射模型. 然后, 分析了旋转飞行体的运动特征, 构建了红外传感器的测量模型. 为了探索红外传感器的输出信号与旋转飞行体的姿态信息之间的内在联系, 研究了不同姿态角和视场角下的传感器输出信号特征. 最后, 为了提高旋转飞行体的姿态测试精度, 设计了基于三轴红外传感器的扩展卡尔曼滤波算法来估计姿态角和横滚角速度. 结果表明: 利用地球红外辐射场进行姿态测试的方法有效可行, 俯仰角估计误差在±0.1°, 横滚角估计误差在±0.05°, 横滚角速度估计误差在±1 rad/s. 该姿态测量方法简单有效, 能够满足旋转飞行体的姿态测量要求.     

折射率调制型光纤传感器在溶液浓度测量中的应用

本文详细报道了用折射率调制型光纤传感器测量溶液浓度的原理及实验装置。为了消除光源光强的不稳定性对测量精度提高的影响,我们提出用光学双稳态装置稳定光源的输出功率并将它用于实际测量中,实验结果表明:本方法用于测量溶液的浓度在灵敏度、精度和稳定度方面都有较大的提高,并且可用于在线监测。     

反射式光纤位移传感器应用设计实验

基于光的反射原理并结合光纤传感器的特点,设计了反射式光纤位移传感器应用设计性实验.利用反射式光纤传感器测量微小位移的原理,通过测量输出电压与位移的关系确定工作点,测得表面柤糙程度不同的真假钞的输出信号,从而实现对纸币的真假识别.     

基于腐蚀光纤的温度及葡萄糖溶液浓度传感器

提出并制备了一种基于本征倏逝波原理的温度及葡萄糖溶液浓度传感器.通过研究腐蚀包层厚度与透射光谱之间的关系,确定较为合适的腐蚀厚度.将标准单模光纤包层腐蚀至2.4μm,利用光纤倏逝波对外界介质变化敏感的原理,通过测量输出光功率的变化量实现温度及葡萄糖溶液浓度传感.实验结果表明:传感器在1070℃的温度范围内具有9.58×10~(-3) dBm/℃的灵敏度,线性度达到99.36%;在葡萄糖溶液03%的浓度范围内具有0.126dBm/(g/L)的灵敏度,线性度达到97.95%.该传感器的响应时间小于30s,具有操作简便、测量准确度高、重复性好、适用范围广等优点,具备良好的应用价值.     

高灵敏度光纤温度传感器

针对深井温度变化小,提出了一种可用于深井温度测量的高灵敏度光纤温度传感器。两根陶瓷插芯从铝管的两端插入构成外腔式光纤法珀干涉仪(EFPI)结构,用螺钉固定插芯,再用高强度的环氧树脂密封该结构,达到防水防尘效果。金属铝和陶瓷插芯具有不同的热膨胀系数,温度的变化将引起EFPI腔长变化,采用高灵敏度光纤白光干涉测量技术,就可以通过测量EFPI腔长获得被测温度。分别在固定温度和不同温度下,对腔长为146.5μm的EFPI光纤温度传感器进行了连续测量。测量结果表明,高灵敏度EFPI光纤温度传感器的腔长-温度灵敏度为260nm/℃,温度测量分辨率为0.002℃。     

同时测量扭转角度和扭转方向的侧漏光子晶体光纤扭转传感器

基于所研制的侧漏型光子晶体光纤,提出并构建了出一种同时检测扭转角度 和扭转方向的高灵敏度Sagnac干涉仪型光纤扭转传感器.顺时针扭转时, 传感器传输谱向短波长方向偏移;逆时针扭转,向长波长方向偏移. 对传感器扭转特性的实验研究结果表明,构成Sagnac干涉仪的侧漏型光子晶体光纤的长度, 对扭转敏感系数和扭转角度测量范围起着决定性作用.当光纤长度较短时, 扭转传感器具有较大的扭转灵敏度,但扭转角度测量范围较小;光纤长度增加时,扭转灵敏度减小, 扭转角度测量范围增大.当构成Sagnac干涉仪的侧漏型光子晶体光纤长度为14.85 cm时, 传感器的扭转敏感系数可达到0.9354 nm/(°),扭转角度测量范围为-90°—90°; 光纤长度为32 cm时,最大扭转敏感系数降为0.2132 nm/(°), 扭转角度测量范围扩展至-180°—180°. 采用二维测量矩阵法可以有效排除温度对扭转角度的测量的影响. 关键词： 光纤传感器 侧漏型光子晶体光纤 扭转传感器 Sagnac干涉仪     

应用光学双稳原理的高精度光纤传感器

本文提出一种光纤干涉仪与光电混合光双稳装置相结合的新型光纤传感器.用光双稳开关脉冲计数度量温度变化,其测量精度比基于干涉条纹计数的一般干涉型光纤传感器的精度约高10～100倍,而且测量精度可调节.完成了这种传感器原理的模拟实验验证.     

光纤传感器位移和转速测量研究

介绍光纤传感器的测量原理,并对位移和转速测量进行研究,利用matlab软件对位移测量结果进行曲线拟合,且将光纤传感器和电涡流传感器的转速测量结果进行比较,最后得出利用光纤传感器进行测量具有电路结构简单、精度高、光路弯曲等优点。     

吸收式光纤温度传感器的研究

提出了一种利用半导体光吸收谱随温度变化原理设计的半导体吸收式光纤温度传感器.该传感器用GaAs晶片作为温度敏感元件,以光纤作为传光介质,发光二极管作为光源,光电管作为光电转换器件.利用双光束补偿原理,消除了由于光源不稳定产生的干扰.研制出的光纤传感器具有体积小,结构简单,抗电磁干扰,灵敏度高等优点.实验表明:该传感器在－20℃~85℃温度范围内可以达到0.1℃的准确度,可以实现强电磁干扰下的高空飞行器内环境温度的测量.为进一步实现光传飞控系统中的温度测控奠定了基础.     

Non-contact detection of laser-generated surface acoustic waves using fiber optic Sagnac interferometer

A high powered Q-switched Nd:YAG laser was used to excite the surface waves, and an optical fiber sensor was used to detect the out-of-plane displacements due to the propagating waves. This sensor is based on the fiber optic Sagnac interferometer, which has the path-matched configuration and does not require active stabilization. Quadrature phase bias between two interfering laser beams in the Sagnac loop is applied by controlling the birefringence in an optical path using a fiber polarization controller. A stable quadrature phase bias can be confirmed by observing the interferometer output according to the change of phase bias. Additional signal processing is not needed for the detection of ultrasonic waves using the Sagnac interferometer. The performance of the fiber optic Sagnac interferometer was investigated, and laser-generated surface wave signals were detected using this fiber optic sensor. The developed fiber optic sensor configured in this study is very simple and is effective for non-contact detection of ultrasonic waves.     

光纤瞬态高温传感器及动态测试系统

为了解决特殊环境下的瞬态高温测量, 设计了一种基于黑体辐射的光纤高温传感器及动态测试系统。根据辐射测温的基本原理, 结合光纤传感技术, 采用了“接触-非接触”测量方法和光纤光栅窄带滤波技术, 提高了测量精度, 减小了背景光的影响。由于瞬态温度随时间变化快, 动态误差大, 探索了一种利用大功率高频CO2激光器作为激励源, 用激光脉冲加热被校传感器。用测得的温度信号对被校传感器进行可溯源高温动态校准的新方案。实验结果表明, 系统测温范围为800～2000 ℃, 并具有精度高, 响应快, 抗电磁干扰, 性能稳定的特点, 解决了热电偶响应速度慢, 寿命短的缺陷, 为冶金、石油、化工、武器研制等领域的瞬态高温测量提供了一种新的测试手段。     

基于膨胀法的新型光纤测温仪

提出一种新型的光纤测温传感器。基于热胀冷缩原理,物体长度会随温度变化产生与之成正比的微小变化,采用带光源的光纤测微位移探头测出这个微小变化,可得温度与位移的变化关系,采用光电转换则可输出温度与电流的变化关系。     

长周期光纤光栅强度型温度传感研究

对长周期光纤光栅(LPG)的温度特性进行了实验研究,测得的温度灵敏系数为0.086nm/℃,为光纤布喇格光栅(FBG)典型温度灵敏系数的8.2倍。以LPG作为传感元件,以可调谐掺铒光纤环形腔激光器作为光源,研究了LPG的强度型温度传感特性,在74℃的温度变化范围内,激光透射光强的对数与待测温度的关系具有良好的线性和重复性,温度测量的分辨率可达0.1℃。     

基于无芯光纤强度调制型液位传感器的设计与性能

利用强度调制型光纤传感器容易解调的优势,提出了一种强度调制型光纤液位传感器.传感器由三根无芯光纤组成,其中,无芯光纤1与无芯光纤2串联构成测量臂,无芯光纤3构成参考臂.仿真分析得出,无芯光纤长度每缩短1mm,透射峰波长增加25.46nm.在0~50mm小液位范围内,实验测得传感器在水、5%NaCl、10%NaCl和15%NaCl水溶液四种液体环境中的液位灵敏度分别为0.069 5dB/mm、0.074 73dB/mm、0.077 49dB/mm及0.082 71dB/mm,线性度分别为0.998 25、0.998 49、0.988 11及0.995 13,线性度较高.该传感器可较好地消除光源光功率波动与环境温度变化带来的影响,重复性较好,在石油化工领域有一定的应用潜力.     

Infrared Optical Fiber Sensors

Notably improved performance as well as extended application areas is expected in the technology of optical fiber sensors using infrared fibers that transmit radiation in a wavelength range beyond 2 μm. Measurement of infrared radiation is particularly important in thermometry and spectrometry. In these areas, the use of infrared fibers has been studied extensively not only as a transmission waveguide but also as a sensor chip. Of various infrared fibers, fluoride glass fibers exhibit the lowest transmission loss and hence are useful for remote sensing that requires light transmission over a long distance. The wide transmission range of chalcogenide glass fibers and halide crystalline fibers is valuable for thermometry in a low temperature range and for spectrometry of various molecules. Hollow waveguides are useful as a capillary flow cell that realizes fast-response spectrometry. The advantages and disadvantages of infrared fibers must be considered carefully in the development of fiber sensors. In this paper, the progress of infrared optical fiber sensors is reviewed with particular interest in thermometry and spectroscopy.     

基于M-Z干涉仪原理的光纤超声检测

提出了一种基于M_Z(Mach_Zehnder)干涉仪原理的光纤超声检测技术和U形结构的光纤传感器。讨论了光纤传感器与超声波之间的相互作用关系。对传感器的灵敏度与传感光纤的有效长度、U形结构的个数之间的关系进行了理论分析,实验结果和理论分析结果是一致的。通过比较超声波在三种不同入射方式下探测器的输出电压可知,该结构的光纤传感器在声信号垂直入射时由探测器探测到的信号最强,即传感器有很强的方向性,适合于对声表面波的定向检测。     

海水盐度和温度实时检测的新型光纤传感器研究

提出了一种新颖的用于海水温度和盐度同时实时探测的光纤传感器系统。分别利用半导体材料吸收光谱的临界极限值随温度变化发生移动而导致出射光强改变的特性和待测液体盐度变化引起传输光折射角改变导致接收端光线偏移的性质，通过反射式的结构设计和线阵排列的接收光纤信号传输至海面以上，并由CCD实现对光强峰值信号及其偏移量的采集。传感器由一直角棱镜、本征GaAs单晶体薄片、装有参考液和待测液的水槽、接收光纤阵列等部分组成。理论分析和仿真结果验证了传感器设计的可行性。     

光纤小位移传感器实验

本文介绍了光纤小位移测量原理，并利用微机作了光纤小位移传感器的标定和校验。