基于游标效应的级联法布里-珀罗传感器温度特性

理论和实验研究了基于游标效应的级联法布里-珀罗干涉型传感器的温度特性,该传感器是将一段空芯光纤熔接在两段单模光纤之间制作而成的,其中空芯光纤的长度与末端单模光纤的长度相近.仿真结果表明:当温度升高时,传感器的一些反射光谱向长波方向漂移,而另一些反射光谱向短波方向漂移.分析结果可知,光谱的移动方向和级联的两个法布里-珀罗干涉仪的自由光谱范围的差值有直接关系,在温度升高的情况下,自由光谱范围差值的正、负决定了传感器的光谱是向长波还是向短波方向漂移.此外,自由光谱范围差值的大小对传感器灵敏度的高低起决定性作用,其绝对值越小对应的传感器的灵敏度越高.实验制作了两个温度传感器,其自由光谱范围之差分别为0.055nm、-0.456nm,对应的温度灵敏度为163.8pm/℃、-75pm/℃,实验结果与仿真结果一致.通过调整空芯光纤和末端单模光纤的长度可进一步提高灵敏度,从而实现低成本、结构紧凑、高灵敏度的温度传感.     

基于游标效应增敏的全光纤液体折射率传感器

为了实现液体折射率的高灵敏度测量,提出并制备了一种基于游标效应增敏的全光纤液体折射率传感器.该传感器由法布里-珀罗传感腔和法布里-珀罗参考腔并联构成,其中,传感腔为开放腔,由单模光纤错位熔接制得,参考腔为封闭腔,由单模光纤与空芯光纤熔接制得.传感腔和参考腔的自由光谱范围相近,但不相等,双腔反射光经光纤耦合器后叠加产生游标效应,达到增敏的效果.实验结果表明,该传感器的折射率灵敏度约为9 048.78nm/RIU,约是单个传感腔的8倍.该传感器具有灵敏度高、结构简单、易于制备、成本低廉的优点,在生物医疗、环境检测等领域有潜在的应用前景.     

非本征型法布里-珀罗干涉仪光纤布拉格光栅应变温度传感器及其应用

介绍了光纤布拉格光栅非本征型法布里珀罗干涉仪集成复用传感器的结构、应变和温度同时监测的原理 ;观察到光纤布拉格光栅反射谱和非本征型法布里珀罗干涉仪干涉谱间的串扰 ,用 3dB带宽平均波长法减小了该串扰 ,提高了测量精度 ;将该传感器应用于三维编织复合材料的应变及温度同时监测。实验结果表明温度精度为± 1℃ ,应变精度为± 2 0 μ ,可满足实际应用的要求     

基于光纤法布里-珀罗干涉仪的高压静电传感器

静电电压表对测量交直流高压有着非常重要的作用。为了实现高电压静电电压表的精确测量,提出并制备了一种采用法布里珀罗(FP)腔干涉原理的静电电压传感器。所设计的传感器电极与高压电极构成一组静电电压测量电极,此传感器的FP腔由光纤准直器和外侧镀铝的聚酯膜构成,当在高压电极施加载荷时,聚酯膜与高压电极之间产生均匀电场,在电场力作用下聚酯膜产生形变,从而改变FP腔的腔长,造成FP传感器的输出光谱偏移,采用相位解调法获得高压电极上施加的载荷,实现电压的静电测量。实验结果表明:可实现5~16kV直流高压和交流高压有效值的测量,5~10kV范围测量精度为1.21%,10~16kV的测量精度为0.61%。此传感器满足高电压的测量要求。     

高精细度微透镜光纤法布里-珀罗干涉仪

通过在镀膜单模光纤端面制作微透镜,构造了微透镜光纤法布里-珀罗干涉仪.利用ABCD矩阵方法分析厂微透镜法布单-珀罗腔的模场.由于微透镜的会聚作用,法布里-珀罗腔模场可以和单模光纤模场良好的匹配,从而达到高精细度和低插入损耗.实验制作的微透镜光纤法布里-珀罗干涉仪,自由光谱区范围32.28 nm,精细度为78,峰值透射比为73%;在法布里-珀罗腔的光学腔长增加到100um的情况下,峰值透射比仍然大于50%.该微透镜光纤法布里-珀罗十涉仪制作容易、对设备要求低,可以封装成光纤法布里-珀罗滤波器和传感器,具有广泛的应用前景.     

基于游标效应的并联法布里-珀罗干涉仪传感特性的分析

针对应用高阶谐波游标效应时出现的内包络消失、外包络可见度低等问题,从理论分析和实验探索两方面出发,得出了降低传感腔和参考腔的光强差异可以提高光谱质量的结论。此外,通过合理设计优化传感腔与参考腔的腔长、折射率等影响游标放大倍数的参数,在实验上采用平行结构的法布里-珀罗干涉仪制成了一阶谐波游标效应的光纤气压传感器,不仅获得了高对比度的游标干涉光谱,还在10～190 kPa气压范围内,实现了152 pm/kPa的气压灵敏度,线性度高达99%,对应的放大倍数可达到35.3。     

基于光子晶体光纤法布里-珀罗干涉仪的温度自补偿折射率计

采用手动熔接实芯光子晶体光纤和普通单模光纤制作本征法布里-珀罗(Fabry-P6rot,F-P)干涉传感器的方法,提出了一种可实现温度自补偿的高灵敏度折射率计.理论与实验表明,新型F-P干涉传感器的对比度不受环境温度影响只随着外界折射率的变化而变化,当外界折射率在1.32～1.44范围内变化时,其折射率灵敏度约为4.59/RIU,分辨率约为2×10-5.此外,该传感器的腔长具有较高的温度灵敏度,在20～100℃范围内,其温度灵敏度为18.72 nm/℃.因此,可以通过同时监测该传感器对比度和腔长的变化就可以实现折射率和温度的同时测量,在实际工业应用中具有广泛的应用前景.     

基于匹配光纤光栅法布里-珀罗干涉仪的应变解调方法

提出并实验验证了一种基于匹配光纤光栅法布里-珀罗干涉仪的应变传感器解调方法,该方法综合了光纤法布里-珀罗干涉技术和匹配光纤光栅滤波法的优点.通过半导体制冷片和压电陶瓷组成的闭环负反馈控制系统,精确调节匹配光栅法布里-珀罗干涉仪的温度和应变,有效解决了光栅法布里-珀罗干涉仪的失配问题,从而保证系统静态工作点处于最佳匹配位置,同时能够避免探头因环境温度波动导致的测量误差.实验结果表明,该系统能够响应50～800Hz的输入信号,应变最小分辨力至少为0.4nε/Hz1/2,解调灵敏度高,且不受环境温度波动的影响,因而在动态应变或振动测量中具有较高的实用性.     

基于匹配光纤光栅法布里-珀罗干涉仪的应变解调方法

提出并实验验证了一种基于匹配光纤光栅法布里-珀罗干涉仪的应变传感器解调方法,该方法综合了光纤法布里-珀罗干涉技术和匹配光纤光栅滤波法的优点.通过半导体制冷片和压电陶瓷组成的闭环负反馈控制系统,精确调节匹配光栅法布里-珀罗干涉仪的温度和应变,有效解决了光栅法布里-珀罗干涉仪的失配问题,从而保证系统静态工作点处于最佳匹配位置,同时能够避免探头因环境温度波动导致的测量误差.实验结果表明,该系统能够响应50~800 Hz的输入信号,应变最小分辨力至少为0.4 nε/Hz^1/2,解调灵敏度高,且不受环境温度波动的影响,因而在动态应变或振动测量中具有较高的实用性.     

芯内双微孔复合腔结构的光纤法布里-珀罗传感器研究

提出了一种基于芯内双微孔复合结构的全光纤干涉传感器结构,建立了传感器反射光谱的理论模型,给出了反射光谱强度与微孔长度、孔内介质折射率、微孔端面反射与损耗系数以及光纤的特性参数间的关系,并模拟了传感器光谱对温度和折射率变化的响应特性.利用193 nm准分子激光器,在普通单模光纤上加工制作了具有复合腔结构的全光纤多参量传感器,进行了传感实验研究.结果表明,该传感器具有优于99%的温度、折射率线性响应度,对应两套温度和折射率灵敏度分别为-0.172 nm/℃,1050.700 nm/RIU和0.004 nm/℃,48.775 nm/RIU,不仅能够实现温度、折射率以及它们的区分测量,还能够应用于气体压力的测量,测量精度可达0.3 kPa.     

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。     

Fiber optic sensor based on a sagnac interferometer including a recirculating-ring delay line with an edfa

We present a theoretical and experimental investigation of a Sagnac interferometer incorporating a fiber optic recirculating-ring delay line with an erbium-doped fiber amplifier to increase the effective length of the Sagnac loop and thereby improve the low-frequency response. Theoretical calculations show that the low-frequency response of the interferometer is enhanced as expected. However, the noise penalty of using a fiber amplifier in the ring is quite high, especially at low frequencies. The signal-to-noise ratio at low frequencies, using a superfluorescent erbium fiber source, is demonstrated as increasing by a factor of 2 compared to a single-loop Sagnac interferometer with the same total length of fiber, but without fiber amplifier.     

Integration of miniature Fabry-Perot fiber optic sensor with FBG for the measurement of temperature and strain

A sensor has been fabricated by the integration of a fiber Bragg gating sensor (FBGs) with a fiber Fabry-Perot (F-P) sensor fabricated by etching method. In the integrated sensor, the FBG was used to measure temperature, while the fiber Fabry-Perot interferometer sensor (FFPIs) was used for strain measurement. Wavelength decoding for FBG and peak tracking for FFPI was employed for demodulation, respectively. The result showed that the temperature and strain sensitivity for the integrated sensor is ~ 2.7 pm/μεand ~ 9.3 pm/°C, respectively.     

Fiber optic Fabry-Perot pressure sensor with low sensitivity to temperature changes for downhole application

Pressure and temperature are two important parameters in reservoir engineering. The fiber optic sensors can be used for permanent downhole monitoring. In this paper, we propose an extrinsic fiber Fabry-Perot interferometer (EFPI) sensor for pressure measurement with low sensitivity variation. The pressure sensitivity of EFPI sensor and of the fiber Bragg grating (FBG) sensors have been measured. The experimental pressure sensitivity for EFPI and FBG sensors are measured to be 2.75 × 10⁻⁸ 1/kPa and 1.52 × 10⁻⁸ 1/kPa, respectively. The temperature cross-sensitivity problem of the EFPI sensor has been solved by a new technique. The temperature sensitivity of EFPI sensor has been decreased to 1.2 × 10⁻⁶/°C, while the temperature sensitivity of non-compensated EFPI sensor has been measured to be 16.4 × 10⁻⁶/°C. The results show that the EFPI sensor has a higher pressure sensitivity and good capability to decrease temperature sensitivity in comparison to FBG sensor.     

Twist sensor based on Sagnac single-mode optic fiber interferometer

An optical fiber twist sensor based on Sagnac single-mode optic fiber interferometer is proposed. The stress-induced birefringence of single-mode optical fiber is obtained by applying a transverse force against a short length of singlemode fiber. A high sensitivity and resolution of the twist angle measurement of 0.19 nm/° and 0.002° is achieved experimentally, respectively. The proposed sensor is more convenient and simple than that of standard polarization-maintaining fibers.     

基于薄芯光纤模态干涉技术的曲率光纤传感器

提出了一种新的基于薄芯光纤模态干涉技术的光纤曲率传感器。在单模光纤的中间部分插入薄芯光纤用于传感光路,没有插入薄芯光纤的单模光纤用于参考光路,以消除环境对曲率测量的影响。由于插入的薄芯光纤和单模光纤纤芯失配,导致包层的高次模被激发,并与纤芯模在单模光纤内形成干涉。当改变薄芯光纤的曲率时,沿纤芯和包层传播的模态和光纤长度会发生改变,使得干涉谷峰发生平移。将传感光纤的两端固定的平移台上,当调节平移台距离时,薄芯光纤的曲率发生改变,导致干涉谷峰向短波方向平移。通过观察谷峰的平移距离可以实现曲率的传感测量。实验表明,该装置具有低损耗、低成本和高灵敏度的特点。     

基于Michelson干涉仪的高灵敏度光纤高温探针传感器

提出了一种简单的高灵敏度的光纤高温探针传感器, 该传感器由一小段多模光纤和一端镀有银膜的单模光纤熔接而成. 由于单模光纤和多模光纤的纤芯直径不同, 当光波从多模光纤传输至多模光纤和单模光纤的熔接端面时, 一部分纤芯光耦合进包层, 因为单模光纤纤芯的折射率和包层的折射率不同, 不同模式的光经过银膜反射后在多模光纤内重新耦合进单模光纤, 最终形成干涉.随着外界温度的升高, 干涉谱峰值会向长波方向漂移. 实验结果证明这种传感器在470 ℃–600 ℃范围内具有很好的稳定性, 线性度达99.7%, 灵敏度为120 pm/℃, 可作为远距离反射型探针温度传感器, 在石油探测和油气田开发等领域有着广泛的应用前景. 关键词： 光纤传感 温度测量 Michelson干涉     

法布里-珀罗气辉干涉成像仪的大气温度测量原理

讨论了法布里-珀罗干涉成像仪（FPI）对夜气辉的系统响应,更为明确地描述了建立该干涉系统数学模型的方法和结果。在此基础上阐述了利用FPI对热层大气温度进行测量的原理,并且通过分析稳频He-Ne激光器的干涉图对系统的传输函数进行了求解,对不同波长下系统传输函数的转换进行了讨论。干涉图的分析结果表明：该解析模型以及波长转换方法能够很好地表示干涉成像系统。另外对系统传输函数在实际气辉测量中的应用、系统的温度漂移以及误差估计也进行了简要讨论。     

干涉测距仪中光纤的特性分析

提出一种由定位干涉仪和测量干涉仪组成的光纤干涉绝对距离测量方法 ,将对光程的定位过程和对距离的测量过程分别进行 ,实现对大距离的高精度绝对测量 ,同时在测量系统中引入光纤和光纤干涉仪 ,以改善系统结构和性能。详细分析了光纤损耗特性、色散特性和偏振特性对测量系统的影响 ,并特别给出了有关色散特性影响的量化分析结果。分析表明色散特性对于系统的测量范围有较大的影响