光纤布拉格光栅人体测温的关键问题研究

利用分布式光纤布拉格光栅(FBG)传感器进行人体温度的检测,研制了智能服装样衣,重点从人体生理学基础理论、人体热平衡及空气热传递理论等方面研究智能服装在穿着过程中的热传递机理,对热传递过程进行分析和研究,从理论上建立起人体皮肤-空气-服装(传感器)三者之间的热传递数学模型,为智能服装中分布式FBG传感器人体温度测量提供理论依据,并提出了智能服装中Houdas改进模型用以确定分布式FBG传感器测量点,最后阐述了智能服装用光纤植入服装的方法.在实验研究中,智能服装样衣中分布式FBG传感器所测人体温度与温度场模拟数据对照差异无统计学意义,据此可以得出分布式FBG传感器所测温度可以作为临床医学人体腋下温度使用.     

基于光纤布拉格光栅传感器的光纤光栅智能夹层试验研究

传感元件与复合材料的一体化是智能结构研究的最终目标之一。设计一种具有自诊断功能的标准化、模块化光纤智能夹层系统,正是实现这种一体化最有潜力的技术途径。采用聚酰亚胺薄膜制作了基于光纤布拉格光栅（FBG）传感器的光纤光栅智能夹层,对智能夹层中光纤布拉格光栅传感器的应变、温度特性进行了标定试验,并建立了基于光纤布拉格光栅传感器光纤光栅智能夹层的应变、温度测量模型。试验表明,智能夹层内布拉格光栅波长偏移与应变、温度之间具有良好的线性关系。不过在温度测量时,必须考虑被埋人结构的热膨胀效应。利用光纤光栅智能夹层内光纤布拉格光栅传感器网络和先进信息处理技术,可以建立结构损伤主动、在线和实时监测系统。     

基于阵列波导光栅的智能服装人体测温解调系统研究

研究并实现了一种应用于智能服装中人体温度测量的阵列波导光栅解调系统。分析了系统的解调原理,搭建了光纤布拉格光栅解调实验平台,采用了强度法解调出光纤光栅的布拉格波长,完成了光纤光栅传感器串联前后解调的实验。结果表明,系统对光纤布拉格光栅的布拉格波长的解调具有高线性度,波长测量精度可达0.001 nm,光纤布拉格光栅传感器间串扰所造成的解调误差为0.000 5 nm,人体温度的测量误差为±0.16 ℃。该解调系统精度高、串扰低,可适用于智能服装中人体温度的测量。     

光纤布拉格光栅的制作与应用

详述光纤布拉格光栅的制作方法及其在光纤通信、光纤激光器、光纤滤波器、光纤传感器和高速光纤通信系统中包散补偿方面的应用。     

取样布拉格光纤光栅的传输矩阵

根据在一般坐标系下均匀布拉格光纤光栅的传输矩阵,得到了取样布拉格光纤光栅的传输矩阵。利用傅里叶变换得到了取样布拉格光纤光栅的谐振方程。结果表明,在不考虑平均折射率变化的情况下,谐振峰的位置是由光栅的周期和取样周期共同确定的,与取样时的占空比、光栅长度和耦合系数没有关系。类似于物理光栅,取样布拉格光纤光栅也存在缺级现象,给出了出现缺级的条件。     

用布拉格光纤光栅制作啁啾光纤光栅

介绍了一种用布拉格光纤光栅制作啁啾光纤光栅的方法。采用氢氟酸腐蚀布拉格光纤光栅, 使光栅的横截面沿光栅轴向逐渐变小, 然后对光栅施加１．５０ Ｎ的拉力, 在光栅轴向建立应变梯度, 制作出长１５ ｍ ｍ 、峰值反射率达９２％ 、反射半高宽为５ ｎｍ 的啁啾光纤光栅。     

载氢光纤光致折变布拉格光栅

报道用１９３ｎｍＡｒＦ准分子激光，经过石英相位版的空间调制，在载氢增敏处理过的通信光纤上写入光致折射率变化的布拉格光栅，在光栅布拉格波长上（λ＝１．５３μｍ）测得的反射率大于９０％，半高全宽线宽小于０．６ｎｍ。     

金属化保护的光纤布拉格光栅温度传感模型

光纤布拉格光栅(FBG)传感器是智能金属结构首选的信息传输与传感的载体,埋入金属材料内部的FBG传感器必须要经过适当保护,金属镀层是最有效的保护方法之一.FBG经过镀前预处理,通过化学镀方法可获得均匀的金属保护镀层.针对金属保护镀层,应用弹性力学基本原理分析了由于镀层与FBG传感器的热膨胀系数不同而产生的热应力,建立了镀层厚度对FBG温度传感性能影响的数学模型.镀镍FBG的升温和降温传感实验表明,升温时的实际温度灵敏度系数与模型值之间误差为6.22%,降温时的实际温度灵敏度系数与模型值之间误差为6.75%.与裸FBG相比,化学镀镍后的FBG温度灵敏度系数提高1倍多.结果表明该温度模型从理论上解释了镀层金属热应力对FBG起到的温度增敏作用.     

布拉格光纤光栅热稳定性研究

分析了布拉格光纤光栅纤芯折射率和光栅反射率随温度和时间变化的规律，应用有关模型提出了加速衰变的概念，并由此建立了相关退火工艺。利用衰变曲线可预测光栅在给定时间和温度下的特性，理论和实验结果相吻合。     

基于波分耦合器的光纤布拉格光栅传感器

为了实现对光纤布拉格光栅传感器的波长解调,使用普通的光纤波分耦合作为波长鉴别器件,将波长的变化转变成光强的变化,并用双路差动放大去除光源强度变化和外界干扰的影响。使用发光二极管(LED)作为光源以降低系统成本,因此使用调制光源和交流放大器对信号进行处理。实验达到约10με的应变测量分辨力和0．2℃的温度测量分辨力。是目前最廉价的光纤布拉格光栅传感器之一。     

基于旋涡发生体的光纤Bragg光栅流量计的研究

结合光纤光栅传感检测技术与旋涡分离原理,研制了一种基于三角柱型旋涡发生体的光纤Bragg光栅流量计,在三角柱旋涡发生体中部设置导压腔,腔内设置粘贴Bragg光栅的等强度悬臂梁,流体经过发生体两侧时,交替分离旋涡,导压腔内部产生脉动流体,等强度悬臂梁产生振动且振动频率与旋涡分离频率成正比,通过检测悬臂梁振动频率测量流体流量。实验表明,该流量计的线性度为4.38%FS,仪表系数为K=3.659,光纤光栅波长移位频率对流量的响应度为1.182Hz/(m3/h)。     

传送带类问题归类分析

本文中的传送带类问题是指以皮带传送装置(传送带)为载体而构建的各类物理问题．传送带类问题丰富多彩，能够很好地再现物理知识和考查各种能力，因而值得我们分类探究．     

埋入式光纤光栅应变测量系统的设计

埋入式光纤光栅应变传感器作为大型土木结构健康监测的智能元件具有很好的发展前景。讨论了埋入式光纤光栅应变传感器的传感机理，设计了埋入式光纤光栅应变测量系统。从力学角度阐述了光栅传感探头的结构和制作工艺。采用可调谐F-P滤波器对光栅信号进行解调，解决了应变与温度交叉敏感问题。系统对应变的测量范围为0～1500με。通过理论分析证实了系统方案的可行性。     

光纤Bragg光栅倾角传感器的标定与不确定度分析

实现光纤Bragg光栅倾角传感器的静态的测试和性能分析。设计了一种量程为5°的倾角传感器标定装置,对其进行校准实验。通过对光纤光栅解调仪的中心波长差和标定装置产生的倾角值进行最小二乘法拟合,求出静态标定系数,并对倾角传感器标定装置的不同不确定度分量进行分析以求出合成不确定度。实验结果表明,光纤传感器的灵敏度为0.17343nm/(°),线性度为99.993%,重复性误差为0.0552%,标定装置的合成不确定度为8.606×10-2°。     

Distributed temperature measurement using a Fabry-Perot effect based chirped fiber Bragg grating

A temperature distribution sensing system based on the reflection spectrum of a 70 mm apodized chirped fiber Bragg grating has been demonstrated. Reflection variations created by the Fabry-Perot effect due to the intra-grating wavelength shift are presented. By fitting a parametric transfer matrix model of the grating response to measured spectra, the temperature change, position and width of a localized temperature change are obtained. This system is particularly attractive of its simplicity, high spatial resolution and ability in measuring a non-monotonic distribution. Experiments to measure two localized heating regions along the grating indicate that the technique is promising for measuring more complex temperature profiles.     

Dynamic strain measurement using two wavelength-matched fiber Bragg grating sensors interrogated by a cascaded long-period fiber grating

In this work, we describe a fiber Bragg grating (FBG) sensing system using two wavelength-matched FBG sensors for static and dynamic strain measurement. A cascaded long-period fiber grating (CLPG)-based demodulation technique has been used to interrogate the two wavelength-matched FBG sensors. Experimental results of static strain measurement show that the proposed system has a strain resolution of 1 με. This system has also been used for dynamic strain measurement. An eddy current displacement meter-based system has been used as a comparison measurement. Experimental results of dynamic strain measurement have proved that the FBG sensing system has a good performance in the measurement of dynamic strain. The results of static and dynamic strain measurement indicate that the sensing system using two wavelength-matched FBG sensors is superior to the single FBG sensor system.     

Erbium-doped fiber ring laser sensor for high temperature measurements based on a regenerated fiber Bragg grating

This article presents an erbium-doped fiber ring laser for high temperature measurement with high accuracy. The proposed laser sensor employs a regenerated fiber Bragg grating (RFBG) as a sensor element. Through thermal treatments, the RFBG with enhanced thermal resistance was obtained. The laser emission optical spectrum presents good performance with a high optical signal-to-noise ratio of 58dB. Experimental results demonstrate a wavelength sensitivity to the temperature is 15.5 pm/ºC with the temperature range from 300ºC to 900ºC, and the correlation coefficient is 0.999. The results prove it is able to provide potential applications in high temperature measurement.     

一种基于外差探测的光纤Bragg光栅温度传感器

提出了一种基于光纤Bragg光栅的温度传感器，阐述了光纤Bragg光栅的温度传感机理，用2个相同的光纤Bragg光栅构成折叠式Mach Zehnder(M Z)干涉仪，其中一个光栅作为参考臂，另一个作为传感臂：采用外差探测技术来测量外界的温度物理量。当温度发生变化，Bragg光栅的波长也随之改变。外差探测用来探测传感臂和参考臂由于温度变化引起的输出信号的频率差异。对其动态测量范围和灵敏度也进行了分析。     

光纤Bragg光栅应变、温度交叉敏感问题的研究

解决应变和温度的交叉敏感,实现应变和温度同时测量一直是光纤光栅传感器研究的关键问题。从应变和温度交叉敏感的物理机制出发,较为全面地介绍了几种主要解决方案：双波长矩阵法、2个包层直径不同的FBG法、啁啾光栅法等。并且基于双波长矩阵法,提出了一种基于管式弹性应变敏感元件的光纤光栅传感器结构,很好地实现了温度150℃,压力20MPa的同时区分测量,其温度灵敏度为0.02nm/℃。解决了温度和应变同时区分测量这一技术难题。     

FBG温度传感器增敏封装技术及实验研究

介绍了FBG(光纤布拉格光栅)温度传感器测温的基本原理和封装方法,提出一种新型的FBG温度传感器的封装技术,包括封装结构的设计及封装材料的合理选择,目的是提高FBG的温度敏感系数和消除应力的交叉影响。通过对裸光纤和封装后FBG温度传感器的温度特性、应力影响等进行对比实验研究,在5℃至90℃温度范围对FBG的反射波长进行了测量,结果表明:采用此法封装后的FBG温度传感器对温度具有很好的线性度和重复性,基本上消除了应力的影响,可以准确监测温度,测温范围为-15℃~200℃,精度达到±0.05℃。