大范围光纤布拉格光栅温度传感器增敏实验研究

简要分析了光纤布拉格光栅的温度响应及增敏原理,采用特殊耐高温有机聚合物对光纤光栅进行温度增敏封装,并通过改进光纤光栅的聚合物封装固化工艺,使用某种有机硅导热胶减小有机聚合物与套管材料的粘合度,消除了封装过程中由于聚合物材料不均匀收缩引起的光纤光栅反射谱啁啾化,实现20～180℃范围内光纤光栅传感器对温度高灵敏度测量。实验结果表明．聚合物封装光纤光栅传感器温度响应灵敏度在20～130℃为0．05nm／℃,在130～180℃达到了0．22nm／℃,并在两个区域保持较好的线性与重复性。此结构传感器封装工艺简单,易于实现,可用于高温恶劣环境下的温度单参量测量。     

用光纤光栅传感器测量外压力的动态调制方法

为了提高光纤布拉格光栅压力传感器的精度和降低系统成本，提出一种使用光纤双布拉格光栅测定压力的测量方法，即在外界压力作用下，传感光纤布拉格光栅反射波长的飘移被转变成在交变力策动下发生弯曲的等强度悬臂梁调制的扫描光栅的反射光脉冲间隔的变化。实验结果表明：光纤布拉格光栅反射波长漂移的测量范围为0～3nm，波长测量的不确定度为1pm；压力传感器的量程为0～6MPa时，压力的测量不确定度为0.005MPa。     

光纤光栅压力传感器中应力迟滞的消除方法

提出了一种利用双光纤光栅消除光纤光栅压力传感器中应力迟滞的方法.将两个相同波长的光纤布拉格光栅分别对称粘贴于悬臂梁的上下表面并串接在一起,外压力作用下可实现调谐双光栅布拉格波长差.研究结果表明,该方法可消除弹性元件材料所引起光纤光栅压力传感器的应力迟滞,改善传感器的线性响应特性和重复性,在0~40 MPa的压力范围内,双峰波长差的调谐范围为5.12 nm,是单峰波长调谐范围的2倍,压力调谐双峰波长差的灵敏度可达0.128 nm/MPa,是压力调谐单峰波长灵敏度的2倍.     

温度不敏感的光纤布拉格高压传感技术研究

 为了实现单一光纤光栅对压强精确测量,设计了一种温度不敏感的光纤布拉格高压传感器。对该传感器的温度特性及压强响应特性进行研究。给出了该传感器的结构及封装方法。从理论上分析了该传感器的温度去敏原理,推导了该压强传感器的光纤布拉格光栅中心波长与压强的关系,得到了该传感器的压强响应灵敏度的解析表达。通过实验分析传感器的温度特性及压强响应。实验结果表明,在21℃～260.8℃的范围内,实现了温度补偿,平均波长漂移量为0.75 pm/℃,在0～44 MPa的范围内,获得了-0.054 8 nm/MPa的压强响应灵敏度,是裸光纤布拉格光栅压力响应灵敏度的18.27倍。该传感器的压强响应具有很好的线性和重复性,实验值与理论值吻合得很好,该传感器能够通过一只光纤布拉格光栅实现压强的精确测量。     

多模光纤光栅温度传感特性的实验研究

利用氢敏化处理的多模光纤制作了多模光纤光栅,并对多模光纤光栅的温度传感特性进行了实验研究与理论分析,表明这种光栅三个反射峰的布拉格波长随温度变化均呈现出良好的线性关系,并且重复性相当好,同一光栅的各反射峰的理论温度灵敏度系数都等于0．01nm／℃,实验测得的温度灵敏度系数为0．0098nm／℃或0．0099nm／℃,与理论分析相当吻合,这些特性与单模光纤光栅的温度传感特性接近相同。因此可以用多模光纤光栅代替单模光纤光栅开发光纤光栅传感器,以降低成本;这一实验结果还可以作为对多模光纤光栅进一步深入研究的参考。     

用于光纤光栅压力传感器的一种新型布喇格波长调解系统

介绍了一种基于双光纤布喇格光栅实现波长解调的高准确度、低成本光纤光栅压力传感器．在外界压力下，传感光纤布喇格光栅的反射波长产生漂移，其漂移量被粘贴在以一定频率上下扫描的等强度悬臂梁上的匹配光纤布喇格光栅调制为系统输出时间脉冲序列的脉冲宽度．实验结果表明：该解调技术的波长测量范围为0～3nm，波长测量的不确定度为1pm，对于量程为0～6MPa的压力传感器其测量的不确定度为0．005MPa．     

基于扫描激光器的边孔光纤光栅温度压力传感系统

研究了一种基于波长扫描激光器的光纤温度压力测量系统.光纤传感头为边孔光纤光栅,利用其特有的双折射特性产生双反射峰,以实现对温度和压力的同时测量.系统采用嵌入式开发技术,将激光波长扫描、光谱数据采集和以牛顿最小二乘法为核心的光栅解调算法高度整合于一体,极大降低了光纤传感系统的体积与成本.实验结果表明,在温度10~50℃、压力0~1.2 MPa时,双反射峰对应温度与压力的变化均呈现良好的线性响应特性;系统的波长解调准确度可达1pm,温度及压力的分辨率分别达到0.1℃和0.1 MPa.该系统可为温度、压力的参量测量提供低成本、小型化、性能可靠的解决方案.     

保偏光纤光栅温度传感性能的实验研究

在经过氢敏化处理的保偏光纤上制作了中心波长在1300 nm窗口的光纤布拉格光栅，并对这种保偏光纤布拉格光栅的温度传感特性进行了实验研究与理论分析。结果表明这种光栅可以用作温度传感器，对温度进行测量。和普通的标准单模光纤布拉格光栅一样，它对温度的响应具有很好的线性关系。本实验结果还可以作为对保偏光纤光栅传感特性进一步深入研究的参考。     

基于偶联剂技术的光纤光栅压力传感实验研究

报道了利用偶联技术封装光纤光栅压力传感器的新方案.通过采用特殊聚合物材料将光纤光栅封装于金属管中,并采用偶联材料分别与聚合物和光纤以化学键偶联的工艺,解决了由于有机弹性体聚合物的弹性模量（1.2×105 N/m2）与光纤光栅的弹性模量(7×1010 N/m2)相差很大,在压强较大时易导致光纤光栅与聚合物材料之间的撕裂滑脱问题,改善了光纤光栅压力响应特性.封装后的光纤光栅压力的线性测量范围为0.04 MPa~0.6 MPa,压力响应灵敏度为－4.48 nm/MPa,与裸光栅压力响应灵敏度－0.003063 nm/MPa相比,增敏了1463倍.利用实验中所使用光谱仪0.05 nm的分辨率,压强测量准确度为±0.01 MPa,线性度为0.9978.     

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。     

用紫外光直接在光纤内写入布拉格反射光栅的实验研究

用紫外光直接在光纤内写入布拉格反射光栅的实验研究杜卫冲谭华耀＊刘颂豪华南师范大学，激光生命科学研究所，广州５１０６３１＊香港理工大学，电机系自１９８９年Ｍｅｌｔａｚ［１］首次提出采用两束波长位于掺Ｇｅ－石英光纤吸收带内的相干紫外激光相干涉，从侧面照射...     

用于光纤光栅解调的波长敏感光纤耦合器

为了拓宽光纤耦合器的使用范围,开发光纤耦合器的新功能,采用熔锥技术制作波长敏感耦合器,该耦合器在分光的同时对波长敏感。通过耦合理论验证实验结果,实验数据与理论值相符合。实验中得到波长灵敏度最大值为17.86%/nm的耦合器。采用拉锥工艺制作波长敏感耦合器工艺简单,耦合比峰值对应波长控制易于实现。该耦合器可用于光纤光栅布拉格波长漂移解调。令待解调光纤光栅布拉格波长与耦合器波长灵敏度最大值对应的波长一致,当波长发生漂移时,耦合器输出耦合比发生变化。自制的波长敏感耦合器实现了对布拉格波长为1566.71 nm光纤光栅波长漂移的解调,波长漂移1.80 nm,耦合比变化20.34%。此种解调方式具有光路简单,易于与光纤匹配的优点,可以应用在大型建筑中光纤光栅的健康监测。     

用单光纤光栅实现扭转与温度的双参量传感测量

采用一种新颖的扭梁设计结构 ,利用单光纤光栅成功地实现了扭转 (扭转角或扭矩 )与温度的双参量同时测量。该方法能够有效地解决扭转角与温度的交叉敏感问题 ,且光纤光栅波长的变化对扭转角、扭矩及扭应力 (力臂一定时 )均呈线性关系。在 - 40°～ +32°范围内 ,扭转角、扭矩和温度的传感灵敏度分别达到 0 .19nm (°)、3.2 9nm Nm和 0 .0 3nm ℃ ,波长线性调谐范围可达 14.2 0nm。     

Experimental investigation of pre-irradiation effect on radiation sensitivity of temperature sensing fiber Bragg gratings

The effect of pre-irradiation on radiation sensitivity of fiber Bragg gratings(FBGs) is verified experimentally.FBGs are fabricated in photosensitive optical fibers and single mode fibers with Ge-concentration in a range from 3 mol% to 23.37 mol% in the core.In experiments,the FBGs are subjected to twice γ-radiation exposures to a Co60 source at a dose-rate of 0.1 Gy/s up to a total dose of 50 kGy.Pre-irradiation treatment can reduce the temperature sensitivity variation of FBGs by 18.12%-35.91%,as well as Bragg wavelength shift(BWS) by 8%-27.08 %.Our research demonstrates that pre-irradiation treatment is a feasible method to improve the radiation tolerance of FBGs.     

Sensing properties of fiber Bragg gratings in small-core Ge-doped photonic crystal fibers

We report about fiber Bragg gratings (FBGs) inscribed in two different types of small-core Ge-doped photonic crystal fibers with a UV laser. Sensing properties of the FBGs were systematically investigated by means of demonstrating the responses of Bragg wavelengths to temperature, strain, bending, and transverse-loading. The Bragg wavelength of the FBGs shifts toward longer wavelengths with increasing temperature, tensile strain, and transverse-loading. Moreover, the bending and transverse-loading properties of the FBGs are sensitive to the fiber orientations. The reasonable analyses for these sensing properties also are presented.     

变迹-啁啾光栅在瞬态温度测试中的研究与应用

为了快速准确地获取火炮发射时炮管的瞬态温度场信息,设计了基于变迹-啁啾光纤光栅传感器的瞬态测温系统。系统采用啁啾光纤光栅实现对回波光的带宽调制,从而使回波光带宽大幅提高,大大增加了系统带光栅传感器数量及回波光能量。在分析了五种常见变迹函数切趾性能的基础上,系统采用超高斯函数形式完成对回波信号的切趾处理,有效地抑制了由于啁啾调制所造成的旁瓣增大以及光谱抖动,使系统符合瞬态温度测试的设计要求。实验采用调制范围1 532.0～1 548.0 nm的变迹-啁啾光栅传感器,并在炮管上均匀缠绕,共50个测试点位。针对某型火炮发射时炮管的瞬态温度进行测试,实验数据与WRP-130S型高速温度探测器的测试结果比较。实验结果显示,该系统与WRP-130S型探测器测温结果相近,平均误差小于2%,在温降平稳区优于1%。测试结果中,温度-波长数据满足1 ℃约引起0.041 3 nm(均值)的波长偏移。该系统在一次采集过程中可获得50个独立位置的瞬态温度,大大提高了炮管温度场重建的效率。     

单光纤光栅波谱展宽温度压力同时区分测量

报道了利用单光纤布拉格光栅反射波带宽展宽技术实现温度与压力同时区分测量的新方案。通过聚合物材料将光栅粘接于双孔悬臂梁非均匀应变区 ,在压力作用下悬臂梁带动光栅发生非均匀应变 ,使布拉格反射波波长漂移的同时带宽展宽 ,而温度变化仅引起反射波波长漂移。在 2 0～ 10 0℃和 0～ 7.8N的温度和压力测量范围内 ,温度测量精度± 1.1℃ ,压力测量精度± 0 .18N ,布拉格反射波中心波长漂移量和带宽展宽量随温度和压力的变化呈良好的线性关系 ,线性度均高于 99.6 %。多次测量表明 ,此方案的展宽波形稳定 ,重复性好。