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。     

Micro Extrinsic Fiber-Optic Fabry-Perot Interferometric Sensor Based on Erbium- and Boron-Doped Fibers

Micro extrinsic Fabry-Perot interferometers （MEFPIs）, with cavity lengths of up to ~ 9 μm and maximum fringe contrast of ~19 dB, are fabricated by chemically etching Er- and B-doped optical fibers and then splicing the etched fiber to a single-mode fiber, for the first time to the best of our knowledge. The strain and temperature responses of the MEFPI sensors are investigated experimentally. Good linearity and high sensitivity are achieved. Such a type of MEFPI sensor is cost-effective and suitable for mass production, indicating its great potential for a wide range of applications.     

基于非本征Fabry-Perot腔光纤液位传感器研究

介绍了适用于液位测量的强度型非本征法布里-珀罗（F-P）腔光纤液位传感器的结构设计及其性能.实验观察到F-P腔具有良好的多周期输出特性和局部的线性特性,选用局部的1/4周期输出线性段作为线性工作区间可对液位进行高准确度、连续性测量.恰当选择敏感组件的尺寸可设计不同量程的传感器.实验结果表明,传感器测量3.5 m水位时,精确度为±2 mm,最小分辨率为1 mm.     

基于光传输矩阵方法对EFFP传感器的参数优化研究

为研究光纤法珀传感器中法珀腔结构参数对其条纹对比度的影响,基于光传输矩阵方法,建立了描述非本征型光纤法珀干涉结构中光束传播特性的理论模型。以基于化学腐蚀渐变多模折射率光纤方法制作而成的光纤法珀传感器为例,进行了数值模拟。由模拟结果可以得出,腔长为40μm、曲率半径在85～115μm范围内可以获得较高的条纹对比度。其结果表明,通过优化法珀腔的腔长和形状可以改善光纤法珀传感器反射光谱的条纹对比度。     

Recent Progress in Multiparameter Measurement Based on Extrinsic Fiber-Optic Fabry-Perot Interferometers and Fiber Gratings

This paper presents a review of recent progress in simultaneous measurement of multiparameters including strain, temperature, vibration, transverse load, based on the combinations of extrinsic fiber-optic Fabry-Perot interferometers and fiber gratings.     

光源相干长度对光纤Fabry-Perot干涉的影响

从数值上分析了光源相干长度对光纤Fabry-Perot干涉的影响。推导了光源在理想情况和非理想情况下的光纤Fabry—Perot干涉模型,通过计算机模拟了干涉信号,指出在非单色光源下,干涉条纹失去周期性,随着腔长相干长度比增加干涉条纹的变化幅度减小,最后演化成一条直线,条纹的可见度也慢慢趋近于零。综合考虑了光纤的耦合效率和光源的非单色性对干涉信号的影响,随着腔长的增加,干涉信号的幅值和变化幅度都在减小,信噪比变差。要得到好的干涉信号,腔长不宜选择过大,必须使光源的腔长相干长度比值低于0．1。     

光源线宽对内置式光纤法布里-珀罗磁场传感器灵敏度影响的分析

分析了内置式光纤法布里－珀罗磁场传感器的灵敏度及光源线宽对灵敏度的影响。结果表明,光源线宽愈窄,灵敏度愈高;法布里－珀罗腔的反射率在红宽和腔长一定时,有一最佳值。反射率取最佳值时,探测的磁场最小,灵敏度最高。     

半导体吸收型光纤温度传感器线性度分析

良好的线性度能提高有效测量区域的精度。为提高半导体吸收型光纤温度计的测量精度和范围, 根据光源发射谱应能覆盖半导体的吸收边原理, 利用在常温下发射波长为850nm的光源, 着重讨论了半导体吸收谱线和光源辐射光谱的相互关系对温度测量线性度的影响。通过对GaAs材料的吸收谱随光子能量变化规律的理论分析, 以及光源输出光强随温度变化的实验数据的分析, 将温度线性测量范围从20 ℃～80 ℃拓宽至10 ℃～90 ℃; 从光源的发射光谱特性和选用半导体材料的吸收谱线两个方面着手, 得出提高光源输出功率可相应拓宽温度的线性测量范围的结论, 为半导体吸收型光纤温度传感器的高精度测量提供参考。     

光纤Fabry-Perot腔振动传感器

用频谱分析的方法对光纤Fabry-Perot腔传感器的输出信号进行解调.在正弦振动条件下,用干涉信号的3次谐波与基次波的功率比直接计算出振动幅度,可以简单地解调出信号.这一技术能够满足工程中精度要求不是很高的场合应用.     

一种新型的振荡场光化学传感器

利用法布里珀罗振荡模构造了一种新型的光化学传感器。与传统的以表面等离子模和光导模为探针的迅衰场传感器不同 ,这种新型结构中被传感介质处于法布里珀罗腔的振荡场中 ,其能量在全部入射光能中的比重占得很大 ,使得这种传感器具有很高的灵敏度。实验证实这类传感器对葡萄糖溶液浓度和折射率的测量精度皆可达 10 - 5数量级以上     

基于傅里叶变换的光纤法布里-珀罗传感器解调研究

从双光束干涉的基本原理出发,分析了高斯分布光源条件下利用傅里叶变换解调光纤法布里-珀罗传感器的原理。针对高斯分布光源特点,提出直接对波长均匀采样得到的光谱数据进行快速傅里叶变换,然后利用传感器腔长与频域中峰值频率之间的关系求解传感器腔长的可行性。在此基础上,采用频谱插值技术提高了系统解调精度,并利用宽带光源和光谱仪等组成的解调系统,对所提出的方法进行了实验验证。结果表明,从实验中测得的数据与理论计算值能较好地吻合。     

基于光纤环形激光器和光放大的100 km光纤布拉格光栅传感系统

在基于掺铒光纤-拉曼混合放大的可调光纤环形激光器的光纤布拉格光栅(FBG)传感系统结构基础上,提出了延长传感距离的新方法。该方法以环形掺铒光纤激光器作为光源,采用双波长拉曼放大的方法对信号进行低噪声的双向放大,系统中间的两段掺铒光纤再利用剩余的抽运功率产生自发辐射光和放大传感信号,使得整个系统能够在超长的传感距离上获得很高的信噪比。实验表明使用一只40 mW的掺铒光纤放大(EDFA)抽运源、一只170 mW的拉曼抽运源和一只2 W的拉曼抽运源,可以使整个系统的传感距离达到100km,并且传感系统的光纤布拉格光栅反射信号均能获得超过57 dB的优良信噪比,从而实现在超长距离上的光纤布拉格光栅传感。     

光纤菲佐传感器频分复用网络解调方法研究

为了减小光纤菲佐传感器间的串扰,提高传感器网络的复用能力,提出了基于Pisarenko正弦波恢复法的光纤菲佐应变传感器频分复用网络光谱解调方案。在多光束干涉原理的基础上,建立了基于Pisarenko正弦波恢复方法的传感器频分复用解调模型,并对2个光纤菲佐传感器的串扰进行了实验研究。快速傅里叶变换能够达到应变精度好于±10με的传感器间最小腔长差约为500μm,而该方法可以把最小腔长差缩短至100μm左右。这意味着系统的复用能力提高了大约5倍。因此,该方法是一种串扰小、复用能力强的解调方法,在大容量准分布式传感网络中具有极大的潜在应用价值。     

具有复合式法珀腔的光纤压力传感器的解调

对由三个反射面构成的复合式法珀腔的光纤法珀压力传感器进行了输出光谱理论分析,提取了含有传感器腔长信息的包络.提出了基于干涉级次拟合的解调算法,仿真分析了传感法珀腔腔长范围为160~215 μm的光谱信号.结果显示,在不同信噪比下,基于干涉级次拟合的算法可获得较好的测量准确度,同一信噪比下,该准确度不依赖腔长变化,也不依赖光谱解调波长分辨率变化.实验结果表明,基于干涉级次拟合结果曲线残差的均方根差为0.012 μm,验证了该算法的有效性.     

基于敏感Fabry-Perot腔光纤角位移传感器的原理与设计

提出了一种全角度并且可以连续测量微小角位移(秒级）的新型光纤角位移传感器.利用微小光学谐振腔的基本理论,主要是基于光学法布里-珀罗(Fabry-Perot）腔的基本原理研究特定光波下光强度的变化与角位移的线性变化关系,利用光纤技术、敏感技术融合微机械技术研发而成.适合于一些特定领域中对角位移的精确测量.     

具有复合式法珀腔的光纤压力传感器的解调

对由三个反射面构成的复合式法珀腔的光纤法珀压力传感器进行了输出光谱理论分析,提取了含有传感器腔长信息的包络.提出了基于干涉级次拟合的解调算法,仿真分析了传感法珀腔腔长范围为160～215μm的光谱信号.结果显示,在不同信噪比下,基于干涉级次拟合的算法可获得较好的测量准确度,同一信噪比下,该准确度不依赖腔长变化,也不依赖光谱解调波长分辨率变化.实验结果表明,基于干涉级次拟合结果曲线残差的均方根差为0.012μm,验证了该算法的有效性.     

温度效应对F-P腔光纤液位传感器系统的影响及自补偿

分析了温度效应对F-P腔光纤液位传感器系统的影响,提出相应的解决方案以实现对温度效应的自补偿.在26℃-28℃环境温度条件下,实验结果表明,在1.87 m（水）量程内经过优化的传感系统参考光动态稳定性可达到0.059 9%,准确度误差为1.122 mm.自补偿措施对获得高准确度、长期稳定性的光纤液位传感器具有重要意义.     

一种基于光纤光栅法布里-珀罗腔的低频振动传感器

提出了一种基于光纤光栅法布里-珀罗(F-P)腔的低频振动传感方案并进行了理论分析和实验研究。采用单频激光器作为光源,光纤光栅F-P腔通过两点涂胶方式粘接在等强度悬臂梁上,待测振动信号通过支架和悬臂梁将振动作用传至光纤光栅F-P腔,引起腔长周期性变化,从而改变光纤光栅F-P腔的反射光谱特性,通过解调输出光信号的振荡频率和峰值,即可实现对振动信号频率和幅值的测量。利用压电陶瓷模拟的低频振动信号进行了实验验证,测量结果与理论分析相吻合。该传感器测量灵敏度高,特别适用于微弱振动信号的测量。     

激光微加工制作的微光纤珐-珀加速度传感器

将157nm激光微加工制作的微光纤珐-珀腔贴于悬臂梁结构构成加速度传感器。通过设计特定的悬臂梁结构和FFT方法,该加速度传感器的分辨率约为1．13mg／HZ1/2。通过采用MUSIC算法处理信号,信噪比可提高45dB,系统分辨率约为3．56×10^-2μg／Hz1/2。该微光纤珐一珀传感器具有可批量制作、成本低、抗高温、量程灵活等优点,有望应用于石油勘探、地震测量等领域中。     

光纤Fabry-Perot传感器的Fibonacci-MMSE联合解调算法

提出一种基于Fibonacci与最小均方差联合解调光纤法布里-珀罗传感器腔长的算法.利用Fibonacci搜索方法,在一系列估计值中快速搜索到对应的最小均方差的数值,并作为腔长解调结果.仿真分析了算法迭代次数与解调准确度之间的关系并进行温度测量实验.结果表明,该算法的理论平均解调误差小于2×10-5 pm,与实际腔长的拟合度优于0.9999,解调动态范围可达2.5mm;实验中,该算法腔长解调分辨率为0.15nm,对应的温度分辨率达0.03℃,解调时间少于0.03s,具有解调准确度高和运算速度快等优点.