基于F-P腔干涉的两段式光纤传感器

一般的传感器灵敏度高,但体积大,不便于封装。法布里-珀罗(F-P)腔型传感器结构简单、体积小和封装容易等优点获得了广泛关注。通过熔接2段不同折射率光纤,并将传感光纤包层去掉、浸泡在待测液体中,构成了F-P腔折射率传感器。传感器的最小分辨率为3.0135×10-4,传感光纤长度仅为15μm,尺寸远小于其它F-P腔干涉仪,并且对传感光纤长度精度要求很低,便于制造。     

基于FBG和F-P的温度和折射率双参量传感器

提出了一种由单模布拉格光栅和多模Fabry-Perot腔级联而成的温度和折射率双参量传感器。对多模光纤的末端采用氢氟酸进行腐蚀,在腐蚀后形成的凹陷处填充紫外胶,从而形成Fabry-Perot腔。Fabry-Perot腔和单模光纤布拉格光栅级联后,构成最终的传感结构。Fabry-Perot腔对温度和折射率敏感,而光纤布拉格光栅对温度敏感而对折射率不敏感。利用上述特性,采用灵敏度矩阵法可实现对温度和折射率的同时测量。实验结果表明,传感器的温度和折射率灵敏度分别为-0.4832nm/℃和-508.64pm/RIU。该传感器具有制作工艺简单、结构紧凑、成本低、灵敏度高的优点,有很好的应用前景。     

EFPI和光纤光栅传感器混合测量技术

研究了一种对外腔式F-P干涉型(EFPI)传感器和光纤光栅(FBG)传感器进行混合测量的技术。用窄线宽的扫描光注入EFPI或FBG,通过测量FBG的反射光波长和EFPI的反射光光谱完成在同一台仪器的不同通道实现了对FBG或EFPI的同时测量。还研究了在一根光纤上同时实现FBG和EFPI测量的技术,结果表明FBG串联在EFPI前面时,可准确测量出FBG的波长和EFPI的腔长。而EFPI串联在FBG前时,只能测量EFPI,而不能完成FBG的同时测量。     

光纤F-P腔压力传感器在高温油井下的应用研究

针对高温、高压油井的测量环境,设计研制了基于光纤非本征型Fabry-Perot(F-P)腔的波长解调型光纤压力传感器系统.该系统采用激光熔接制作的光纤F-P传感头,具有测量动态范围大、温度敏感性小、耐高温和长期工作稳定等优点,在压强0～30 MPa范围内,系统压力测量分辨率达到0.003 MPa,温度敏感性小于0.002 MPa/℃.光纤传感头采用光纤-厚壁石英管激光熔接的无胶封装方式,解决了高温环境下的传感器高压密封和光纤保护问题.     

基于光纤F-P超声传感器的复合材料分层检测系统设计研究

碳纤维复合材料的分层缺陷对其安全性能有着严重影响。采用超声检测方法可以有效检验复合材料构件分层缺陷,通常超声信息的探测采用超声换能器,频带窄,检测精度低,无法适应嵌入式检测。针对这个问题,设计一非本征型光纤F-P干涉腔结构,研究了F-P腔的光学干涉模型,设计了F-P腔的初始腔长,建立了碳纤维复合材料分层缺陷光纤F-P超声在线检测系统,开展了分层缺陷的嵌入式检测实验研究。结果表明,设计的嵌入式检测系统能可靠用于碳纤维复合材料分层缺陷实时在线检测,具有结构简单、易操作、便于安装调试等优点,整体成本较低,具有较好工程应用价值。     

用于石化反应器的光纤F-P温/压复合传感器

为了实时监测石化反应器内部高温、高压环境下压力和温度变化, 严格控制原料的反应过程, 采用法布里-珀罗(F-P)多腔干涉理论, 设计并制备了一种光纤F-P温度、压力复合传感器。该传感器由石英玻璃和蓝宝石玻璃构成, 石英与蓝宝石之间的空气腔为压力腔, 温度腔则为蓝宝石本身。通过理论计算和仿真验证, 分析了压力腔和温度腔不同参数对传感器性能的影响, 从而取得了最佳的传感器结构参数数据。结果表明, 该传感器制作工艺简单且性能可靠, 能够实现0MPa~5MPa和-20℃~300℃范围内压力和温度的同时测量; 该传感器在压力0.1MPa~5MPa和温度20℃~180℃环境下有良好压力温度线性响应关系, 压力灵敏度为796nm/MPa, 温度灵敏度为3.864nm/℃。该传感器适用于石化反应器内部高温高压环境下压力和温度的同时监测。     

光纤F-P干涉仪传感器封装方法的研究

针对光纤F-P干涉仪(FPI)传感器封装普遍采用的化学胶水粘合方式存在的胶水老化而脱胶的问题,提出一种用高频CO2激光脉冲加热使光纤与石英管永久熔合进行封装的新方法.实验表明,在激光脉冲能量选择适当时,加热封装过程所导致的干涉仪平均光功率损耗可低至0.1 dB左右,可满足封装的要求.     

F-P腔式光纤MEMS压力传感器的设计

提出了一种新型结构的法布里-珀罗(F-P)腔光纤压力传感器.该传感器基于法布里-珀罗多光束干涉,利用压力敏感膜的纵向挠度变化带动位移柱的横向位移运动来改变F-P腔的腔长变化.详细阐述了传感器新结构的设计方法及其工作原理,分析了不同参数对传感器性能的影响.采用ANSYS软件仿真模拟了传感器压力敏感膜在压力作用下的挠度变化.结合现有的MEMS工艺,可制作出工艺简单、温度系数低、灵敏度高,且抗电磁干扰的MEMS光纤压力传感器.     

基于敏感薄膜的F-P光纤温度传感器的高温特性

根据薄膜型光纤温度传感器的感温原理及光学薄膜的应力特性,利用膜层干涉的特征矩阵分析了传感元件的传感特性,建立了薄膜型光纤温度传感器的热应力特性及其对传感特性影响的理论模型。通过对薄膜和光纤的热光效应和热膨胀特性的分析,对比了蓝宝石光纤、纯硅芯光纤和普通多模光纤三种光纤基底的热应力-温度特性,设计了高温传感器传感探头的薄膜膜系,分析了膜系中每层膜的热应力-温度特性,以及临界载荷应力特性,确定所选光纤基底脱膜的临界应力值。通过模拟不同应力作用下的光谱传感特性,为传感器薄膜敏感探头的稳定性和可靠性提供理论依据和支持,提高传感器研制的效率。     

光纤Fabry—Perot干涉式温度测量

一种新型的光纤温度传感器，基于Fabry-Peror(F-P)白光干涉原理，提出可对温度进行绝对测量，并具有稳定性高，抗干扰能力强的特点，分辨率达到0.01℃。     

基于光纤的温度传感器

简单介绍了光纤温度传感器的原理及分类,并分别介绍了光纤Fabry-perot干涉型温度传感器、半导体吸收型光纤温度传感器、光纤光栅温度传感器的工作原理及最近几年来的研究现状,阐述了各种温度传感器的机理、实验装置和研究结果,最后对其进行了对比分析.     

基于F-P腔的干涉/强度调制型光纤温度传感器

介绍了一种基于非本征F P腔的干涉/强度调制型光纤温度传感器。宽谱光源发光二极管(LED)发出的光经过2×2耦合器C1 传给F P传感头,传感头返回光信号再次经过耦合器C1 及C2 后分成两路,一路直接传给光电探测器D1,另一路经过窄带滤光片再传给D2,光信号经光电转换及放大后由计算机采集处理。给出了采用不同谱宽的两路光信号进行自补偿运算和温度测量的理论模型,并简单分析了影响这一温度传感器长期稳定性的原因。实验中利用Levenberg Marquardt非线性拟合得到与理论模型符合很好的温度定标曲线。该传感器在 20~200℃量程内,温度变化最小分辨率达到0 .1℃,长期测量精度达到±0. 2℃。     

光纤拼接结构型应变不敏感温度传感器

设计并制作了一种基于七芯光纤的应变不敏感温度传感器.该传感器将一段七芯光纤与两段单模光纤进行熔接,通过优化熔接参数在熔接点处形成两个分别充当光路分束器和耦合器的凸锥结构,构成了马赫-曾德尔干涉仪(MZI).实验研究了该传感器对温度和应变的响应特性.结果表明,传感器的光谱对应变不敏感,但传感器对温度具有良好的线性响应特性...     

基于菲涅耳反射的准分布式光纤温度传感器

基于菲涅耳反射原理和光时域反射(OTDR)技术,提出了一种新型的、结构简单的准分布式光纤温度传感器.传感器由两个端面抛光的光纤对接构成,并在两端面间隙中填充温敏材料.传感器周围温度变化改变温敏材料的折射率,从而引起菲涅耳反射强度的变化.将三个传感头串联,利用OTDR探测各传感器菲涅耳反射的微弱变化实现温度传感和传感器定位.在-30～80℃范围内,随着温度升高,该系统各个传感头的菲涅耳反射强度单调增大,且温度传感特性具有良好的重复性,同时具有极低的附加损耗.     

基于ZnO薄膜光学温变特性的反射式光纤温度传感器

基于ZnO薄膜吸收光谱的温变特性,设计了一种反射式光纤温度传感器。该传感器以镀于蓝宝石三棱镜面上的ZnO薄膜作为敏感材料,采用三棱镜、凸透镜和位于凸透镜焦点处的光纤端面相配合的结构以及相应的反射式光路。室温至500℃范围测试实验表明,所设计的传感器的温度曲线线性拟合度达99.3%以上,灵敏度优于0.05 nm/℃。该传感器的理论测温范围可达10 K~1000 K,稳定性高,适用于实际工作环境中的宽温变范围温度测量。     

基于光纤温度传感器监测的聚光光伏发电系统

针对聚光型太阳能光伏电池能量转换效率和使用寿命受温度影响较大的问题,基于砷化镓半导体吸收式光纤温度传感器,提出一种对聚光光伏发电系统的温度进行实时监测和控制的方法。数值仿真实验结果表明,当冷却水的流速降低、聚光光伏电池工作温度升高时,半导体的吸收波长增加,光纤温度传感系统检测出来的温度较高,这时可以通过节流阀增加冷却水的流速,提高聚光光伏电池与冷却水之间的传热系数,从而降低聚光光伏电池的温度。该方法对于延长聚光光伏电池的使用寿命和提高太阳能的利用率具有一定的理论指导意义。     

基于光纤光栅温度传感器的导线负载检测系统

在电流回路中,当通过导线的电流过高时,会导致线路高温,严重时可能引起火灾。因此实时监测电流线路的温度,对预防线路过载以及火灾的发生具有重要的意义。在理论分析光纤光栅温度传感机理的基础上,设计了用于导线负载检测的传感系统。在0~5 A范围内,实验研究了光纤光栅温度传感器中心波长变化与导线负载之间的关系,验证了导线负载检测的可行性,为导线负载的实时监测,以及断路、短路故障的判断提供了一种新的方法。