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。     

甲烷光纤气体传感器的实验研究

本文首先对甲烷气体传感器的工作原理进行了较详细的分析,并在实验中论证了方案的可行性,比较了它优于传统传感器的特点,最后文中从理论上分析了该传感器的最小可探测压强。     

测量转动体位移的光纤传感器的研究

本文报道了采用光学三角漫反射技术来测量转动体位移的光纤传感器从理论上推导了该位移是漫反射产生的光脉冲的某些时间间隔之比的线性函数,实验上得到了7～34mm的测量范围,在该测量范围内误差小于1%.该种测量方法测得的位移与转动体转速无关,与光源强度无关,传感头结构简单,测量范围大,线性度好。本文还对它的应用进行了讨论。     

微小位移光纤传感器谐波分析解调法研究

本文从理论上阐述了微小位移光纤传感器的一种分频比较法解调方案,并利用全光纤干涉光路进行了实验,结果表明采用这种解调方法可提高光纤传感器的测试精度、稳定性和动态范围。     

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.     

具有温度补偿的光纤位移传感器

位移测量是结构健康检测的重要参量之一.本文提出了一种双悬臂梁粘贴光纤光栅的位移传感器,它将位移变化转换成两只光纤光栅的波长移动,实现对位移量的绝对测量.通过引入对称补偿光纤光栅的方法解决了温度与位移交叉敏感的问题.推导了位移传感器的工作原理,完成了相关实验,并分析了传感器所产生误差的来源.实验结果表明,在量程为20 m...     

具有温度补偿的光纤位移传感器

位移测量是结构健康检测的重要参量之一.本文提出了一种双悬臂梁粘贴光纤光栅的位移传感器,它将位移变化转换成两只光纤光栅的波长移动,实现对位移量的绝对测量.通过引入对称补偿光纤光栅的方法解决了温度与位移交叉敏感的问题.推导了位移传感器的工作原理,完成了相关实验,并分析了传感器所产生误差的来源.实验结果表明,在量程为20 mm的时候,位移灵敏度为123 pm/mm,温度补偿前,温度对位移的影响是234.9 μm/℃;温度补偿后,温度对位移的影响为17 μm/℃.本位移传感器量程大、线性好、准确度高,不易受恶劣环境影响.     

免受温度影响的光纤光栅位移传感器

将一定长度、均匀周期的光纤光栅沿轴向刚性粘贴于厚度呈阶跃分布的等腰三角状悬臂梁界线附近的表面上 ,通过观测该光栅反射谱中两个峰值的间距来监测梁自由端在垂直于表面方向上的位移。实验表明该无源温漂位移线性传感装置的传感灵敏度达 9.2 4× 10 -2 nm/ mm,与理论值 9.4× 10 -2 nm/ mm非常接近。     

利用光纤传感器测量金属丝的杨氏模量

将反射式光纤位移传感器应用于杨氏模量测定仪,可以精确地测定金属丝杨氏模量。     

反射式光纤位移传感器数学模型的优化

提出一种基于改进的遗传算法的反射式光纤位移传感器数学模型优化方法.举例说明了该方法的应用,并将其与传统的Causs-Newton优化方法进行比较.结果表明,用改进的遗传算法优化反射式光纤位移传感器的数学模型具有速度快、精度高的优点,且不像传统优化方法要求有一充分接近最优点的初值.优化后的传感器数学模型能较好地反映传感器的实际特性.     

光纤表面等离子体波传感器的温度特性的研究

本文从粒子振动的角度讨论了光纤表面等离子体波传感器对于温度的敏感特性。对于金属 /介质的表面等离子体波传感器 ,在界面处产生的等离子体振动实质是大量电子的集体振荡。在某一特定的波长的P光激励下 ,电子吸收了光子的能量而改变了原来的运动方式 ,当激励的光信号与电子群的固有振荡频率一致时 ,大量的电子振动变为一种谐振。由于界面处的电子密度与温度是密切相关的 ,不同的温度时密度不同———温度越高 ,电子的密度越大 ,而电子群的集体振荡又与电子的密度密切相关。所以温度的变化将对等离子体的共振频率产生非常重要的影响。利用了这一效应来补偿环境介质的温度变化 ,可以克服环境温度对测试所带来的影响。此外 ,本文也讨论了采用光纤SPW传感器可以进行多参数的测量。     

串联双微环湿度传感器光谱特性研究

提出了一种基于串联双微环谐振器的新型聚酰亚胺(Polyimide,PI)湿度传感器,采用传输矩阵法和耦合模的理论计算微环谐振器的传递函数,并对比了传统单微环与串联不同半径的双微环的输出光谱特性。外界湿度变化使得聚酰亚胺SOI波导吸收水汽后折射率发生变化,从而引起微环输出光谱发生漂移,通过探测光谱漂移量来测湿度值,得到了串联双微环传感器的灵敏度和测量范围,并且分析了感湿部位不同时谐振器输出光谱特性。理论结果表明：串联不同半径的微环谐振器的自由光谱范围（FSR）要比单微环有所提高,而且串联双微环谐振器整体感湿比单个微环单独感湿的传感性能更优良,可作为最佳的湿敏元件。与传统的单微环传感器相比,串联不同半径的微环结构可提高系统的测量范围和灵敏度,半径为30和50 μm的串联微环谐振器的FSR可达到0.15 μm,传感器测量湿度范围为10%RH～80%RH,灵敏度可达到0.001 7 μm·(%RH)-1。因此串联不同半径的双微环谐振器为制备成本低、结构简单、高灵敏度、可集成的微型湿度传感器件提供一定理论基础。     

环形谐振腔频率响应特性研究

分析了方形环形谐振腔对S线偏光和P线偏光的频率响应特性,发现输入两个频率间隔相差很小的S线偏光和P线偏光都能引起环形谐振腔的谐振,其中S线偏光谐振峰频率特性更适于环形谐振腔的稳频。通过搭建环形谐振腔频率响应特性测试系统,从实验上验证了理论计算的正确性。对于环形谐振腔的稳频和调腔具有参考意义。     

用于曲面精密检测的新型光纤三角传感器研究

基于光纤传感技术和三角测量方法，提出了一种用于曲面检测的新型光纤三角传感器。根据所设计的轮辐式接收光纤结构，可以在测量曲面与传感头间位移时，首先获取被测点处微面元的倾斜信息，以便对传感器测量值进行实时误差修正，从而解决了被测表面倾斜对坐标测量带来的影响。该传感器还能有效地消除环境光干扰、光源波动、表面反射率变化等对测量带来的影响。建立了传感器测量的数学模型。理论分析和初步的实验结果证明了系统的有效性和实用性。该传感器系统不稳定性好于0.3%，横向分辨率好于8μm，高度分辨率好于0.1μm。     

一种大动态范围的磁光电流传感器方案

提出了一种扩大磁光式电流传感器动态范围的方法。磁光式电流传感器是基于法拉第效应和安培环路定律实现电流测量的。由于法拉第旋转角随被测电流周期性增大，测量时只能利用正弦曲线单调变化的部分，因此限制了电流的测量范围。利用光纤维尔德常数随光波长变化这一特性，通过测量两种光波旋转的角度差，获得了大电流的测量值。在正常计量范围内利用单波长数据获得精度较高的计量值，达到扩大传感器测量范围的目的。分析表明，当两波长的维尔德常数相差20％时，电流测量范围可以扩大到单波长时的6倍。采用这种方法可望用一个传感器同时满足电力系统中的计量和保护两种用途。     

多孔氧化硅薄膜阴极射线谱的研究

采用近常压下等离子体增强化学气相沉积的方法制备得到多孔氧化硅薄膜,并在沉积区域加载偏压对薄膜形貌和性质进行调制。扫描电镜显示偏压条件下沉积的薄膜更加蓬松多孔,常温下阴极射线谱表明:增大偏压的占空比,CL谱中发光峰的位置并不改变,但谱线强度增大。发光峰的位置说明薄膜中的主要成分是Si-O-Si基团,且该种基团以非桥键的形式存在,薄膜中还存在少量的Si-H键,这与红外光谱测试结果一致。X射线衍射结果表明薄膜中的SiO2是非晶态的。     

芯片级硅基光谱仪研究进展

光谱仪作为光谱分析不可或缺的工具,在生物传感、食药检测、医疗、环境监测等领域有着广泛的用途。传统的光谱仪体积大、功耗高、价格昂贵和难以二次开发,应用范围受到了极大地限制。随着微型加工工艺的发展,微型化的光谱仪逐渐出现。相较于传统的大型光谱仪,微型光谱仪不仅成本低、体积小、功耗低,而且便于二次开发,扩展了光谱仪的应用范围。但是,微型光谱仪通常是基于分立的光学器件,通过将光学器件的小型化而实现的,集成度和灵活性不高。随着对便携性的要求越来越高,光谱仪的进一步小型化和集成化已成趋势,出现了芯片级的光谱仪。芯片级光谱仪具有明显的尺寸、重量和功耗的优势,将对光谱仪在无人设备、智能平台等新兴领域中的应用产生重要影响。在芯片级光谱仪的实现过程中,硅基光子技术因其成熟的加工工艺和良好的集成性能,为光谱仪的芯片化提供了一种集成化、低成本的解决方案,国内外研究人员针对芯片级硅基光谱仪展开了大量的研究,取得了丰富的成果。文章分析了硅基片上光谱仪的工作原理,将目前的芯片级硅基光谱仪分成了色散型和傅里叶变换型两大类进行介绍,分析了这两类光谱仪的主要特点和典型实现方式。文中给出了刻蚀衍射光栅、波导阵列光栅、多模波导等色散型硅基片上光谱仪和空间外差、驻波式、热调、数字以及基于微机电系统的傅里叶变换型硅基片上光谱仪的最新研究进展,分析了各种光谱仪的性能特点和适用范围。在此基础上,展示了本组的最新研究成果,通过创造性地将基于马赫曾德尔干涉仪的空间外差傅里叶变换型光谱仪结构和波导阵列光栅的色散型光谱仪结构相结合,可同时实现较大的光谱范围和较高的光谱分辨率,为硅基片上光谱仪的应用打下了较好的基础。最后,论述了硅基片上光谱仪的发展趋势与应用前景,为芯片级硅基光谱仪的研究提供了参考。     

脉冲激光辐照氮化硅陶瓷损伤阈值的光谱测量

氮化硅陶瓷具有耐高温、耐腐蚀和耐磨损等优异性能, 可应用于金属材料和高分子材料难以胜任的极端工作环境。但具备这些优良特性的同时也给其加工带来了不便,传统的磨削加工方法效率低,设备损耗严重, 激光辅助加工为其提供了一种新途径。将等离子体光谱法和显微成像法相结合,对脉冲激光辐照氮化硅陶瓷的损伤阈值进行了测量,并分析了损伤机理。实验选用热压烧结氮化硅陶瓷为靶材,参考ISO21254国际损伤阈值测试标准搭建试验系统,采用1-on-1法利用Nd3+∶YAG固体脉冲激光分别在纳秒和微秒脉宽下辐照氮化硅陶瓷,两种脉宽分别选取10个能量密度梯度进行激光辐照,每个能量密度辐照10个点。利用光纤光谱仪采集光谱信息,利用金相显微镜获取显微图像信息,将光谱结果与显微成像结果对比分析, 发现纳秒脉宽下材料一旦损伤光谱上就会出现等离子体峰,通过分析光谱中等离子体峰,元素指认是否含有材料中特征元素即可判断损伤,为了区别空气电离击穿同时测量了空气等离子体光谱对比分析剔除干扰。微秒脉宽下显微图像观察到刚开始损伤时,光谱中只出现较强热辐射谱线并未出现等离子体谱线,进一步增加激光能量密度,光谱中会出现少量等离子体峰,因此不能直接以等离子体峰判断材料损伤阈值。利用金相显微镜观察损伤形貌,纳秒脉宽下在损伤区域内部观察到明显的烧蚀冲击状损伤,光谱呈现出大量等离子体谱线,说明纳秒激光辐照氮化硅损伤机制主要为等离子体冲击波引起的力学损伤效应。微秒脉宽在辐照区域边缘发现热烧蚀痕迹,损伤区内观察到大量熔融物,出现明显热辐射光谱,说明微秒激光辐照氮化硅损伤机制主要是由于长脉宽热积累引起的热损伤效应,随着能量密度增加热辐射谱上叠加有等离子体峰,等离子体峰值强度与损伤程度一致。利用零几率损伤阈值法对两种方法测得结果进行了拟合,分析发现等离子体光谱法更适用于纳秒脉宽下损伤阈值测量,得到结果为0.256 J·cm-2;显微成像法适用于微秒脉宽下损伤阈值测量,得到结果为6.84 J·cm-2。     

天然气水合物相变测试用光纤传感器

介绍了一种用于海洋天然气水合物状态变化模拟实验中天然气水合物相变测试的光透射比光纤传感器.利用该传感器探测水合物状态变化过程中光透射比的变化，来测定水合物的相态变化.为了提高光纤传感器的测量准确度减小测量误差，在所研制的光纤传感器中采用了双光路结构，在测量透射光强的同时，测量参考光强以补偿光源光强的波动.另外，在光电转换电路中采用双探测器结构来消除光电探测器暗电流的影响.