Applications of Fiber Optic Grating Technology to Multi-Parameter Measurement

Abstract

In this article, approaches reported in the literature for multi-parameter measurement relying on fiber grating technology are reviewed. Due to its importance, the particular case of temperature/strain simultaneous measurement is addressed in further detail, as well as the techniques and sensing heads for temperature-independent strain measurement. Specific criteria are also proposed for sensing head classification in the context of multi-parameter measurement.     

用双周期光纤光栅实现温度和应变的同时测量

介绍了光纤光栅传感器的一般原理，分析了长周期光纤光栅和Bragg光纤光栅的应变和温度响应机理。结果表明，长周期光纤光栅和Bragg光纤光栅的温度和应变灵敏度不仅与纤芯参数和光栅周期有关，还依赖于包层参数。在同一根光纤上先后写入长周期光纤光栅、Bragg光纤光栅，利用长周期光纤光栅和Bragg光纤光栅基模与包层模耦合时温度和应变灵敏度的不同，实现应变和温度的同时测量。     

阵列波导光栅解调的准分布式光纤光栅传感器

从理论上和实验上研究了一种操作简单、响应速度快,价格低廉和高分辨率的基于阵列波导光栅(AWG)的准分布式光纤布拉格光栅(FBG)传感器.该传感系统采用了阵列波导光栅双通道强度解调技术对光纤光栅的布拉格波长和温度进行精确的解调.实验结果表明,该系统对宽带宽光纤光栅的布拉格波长和温度解调均具有高线性度,考虑系统稳定性及光纤布拉格光栅之间的串扰影响,波长测量精度仍可达2 pm,温度测量精度优于0.2℃.     

光子晶体光纤及在光纤光栅中的应用

从光子晶体光纤(PCF)与普通光纤在光纤结构上的差异出发，简要分析PCF的导光原理与单模特性，并探讨基于PCF的光纤光栅的稳定性，基于聚合物填充多孔光纤的长周期光纤光栅的温度调谐性能，以及纯结构性非光敏纤芯长周期光子晶体光纤光栅的原理。从一个方面说明了光子晶体光纤的潜在应用。     

微小曲面内温度和间隙双参量测量的光纤Bragg光栅传感器的研制

介绍了一种具有温度和间隙双参量测量功能的光纤Bragg光栅传感器。这种传感器结构紧凑、体积小，具有良好的重复性和稳定性，可用于微小曲面内的温度和间隙大小的同时测量。实验表明，该传感器具有良好的重复性和稳定性，测量范围内，间隙测量误差±2μm，温度测量误差不超过±0．7℃。     

Theoretical and Experimental Study of a Code-Division Multiplexing Fiber Bragg Grating Sensor System

Abstract

A novel scheme for a code-division multiplexing based fiber Bragg grating sensor system is theoretically analyzed and experimentally demonstrated. The results show that the proposed scheme enables an improved signal-to-noise ratio performance compared with the time-division multiplexing method and that spontaneous–spontaneous beating noise should be included in the analysis to avoid overestimation. The simple and effective setup provides a competitive approach for using fiber Bragg grating sensors in practical application systems.     

聚合物封装的高灵敏度光纤光栅温度传感器及其低温特性

介绍了一种新型的光纤光栅温度传感器。这种光纤光栅温度传感器使用了特殊的工艺将光纤布拉格光栅封装于一种热膨胀系数较大的有机聚合物基底中 ,使得传感器的温度灵敏性比裸光纤光栅提高了 12 .3倍 ,其温度灵敏度系数KT 达到 82 .6 9× 10 -6/℃。在 - 80～ 0℃的低温度范围内 ,对这种新型光纤光栅温度传感器的反射谱进行了测量。研究了这种新型光纤光栅温度传感器的低温特性 ,并与裸光纤光栅和铝基封装的光纤光栅进行了比较 ,结果表明这种新型的光纤光栅温度传感器具有很好的低温响应特性。     

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。     

Optical Fiber Sensor Technology in Portugal

Abstract

A general overview of the R&D activity in fiber optic sensing developed over the last fifteen years in Portugal is given. Different topics are addressed, including interferometric, intensity and Bragg grating based fiber optic sensors, signal processing and multiplexing techniques, optical current sensors, together with some references to field trials and applications. Possible guidelines for present and future national R&D activity on this subject are outlined.     

Optical Fiber Sensor Technology in Portugal

A general overview of the R&D activity in fiber optic sensing developed over the last fifteen years in Portugal is given. Different topics are addressed, including interferometric, intensity and Bragg grating based fiber optic sensors, signal processing and multiplexing techniques, optical current sensors, together with some references to field trials and applications. Possible guidelines for present and future national R&D activity on this subject are outlined.     

光纤光栅复用温度传感研究

提出了一种基于匹配光栅调谐光纤激光器波长扫描寻址的新光纤光栅复用传感解方案,理论上分析了系统的响应特性,实验上完成了三光栅复用温度传感,实验结果与理论值相一致。     

光纤Bragg光栅传感器在桥梁工程中的应用

本文概述了光纤Bragg光栅传感器(FBG)的组成、原理、类型及特点，介绍了目前光纤Bragg光栅传感器在国外桥梁工程中的研究及应用情况以及国内应用实例，并分析了现有应用的不足之处，指出了光纤Bragg光栅传感器在桥梁结构健康监测应用中的发展方向。     

利用双周期光纤光栅实现应变和温度同时测量

提出了一种新颖双周期光纤光栅传感器。在同一段氢载光纤上先后写入长周期光纤光栅、短周期布拉格光纤光栅 ,利用长周期光栅和布拉格光栅对应变和温度敏感性的差异 ,可实现应变和温度的同时测量。实验中采用这种灵敏结构的双周期光栅 ,在 0～ 170 0 με和 2 0℃～ 12 0℃范围内 ,测量精度可达到± 16 με和± 0 8℃。     

镀金属长周期光纤光栅的研究

提出了矢量法分析和数值计算相结合的方法求解复数域超越方程来得出具有金属外包层的光纤的基模，以及包层模的传输常量。对具有复数折射率(金属)外包层的圆柱形波导(光纤)进行了分析。得出了一些规律性的结论，以此为基础分析了金属外包层对长周期光纤光栅的影响，并做了相关的实验验证。     

Simultaneous Measurement of Refractive Index and Temperature Using a Hybrid Fiber Bragg Grating/Long-Period Fiber Grating Configuration

Abstract

A fiber optic sensing system for simultaneous measurement of refractive index and temperature, based on a hybrid fiber Bragg grating/long-period grating arrangement is described. The experimental results show that this setup has a good performance in terms of linearity and sensitivity, the ratiometric output changes 4%/0.001 RIU and 3.6%/°C, respectively. The sensor resolution for the refractive index is ≈2 × 10^?5 RIU. The simultaneous measurement of the refractive index and temperature was demonstrated. The sensing configuration has the ability to be read-out in reflection and works in the telecommunications window.     

High-Accuracy Measurement of the Dispersion of Chirped Fiber Gratings

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｆｉｂｅｒｇｒａｔｉｎｇｓａｒｅｐｒｏｖｅｄｔｏｂｅｏｎｅｏｆｔｈｅｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｅｃｅｎｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄｓｅｎｓｉｎｇ .Ｔｈｅｙａｒｅｌｉｋｅｌｙｔｏｈａｖｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｗｏｍａｉｎａｒｅａｓ:ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｉｎｌｏｎｇ ｈａｕｌｆｉｂｅｒｎｅｔｗｏｒｋｓ[1,2 ]ａｎｄｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｒｏｕｔｉｎｇｉｎｗ…     

光纤光栅边孔封装技术

提出了一种新型的光纤光栅压力增敏封装技术——边孔封装技术,它通过改变封装体的几何结构实现了高倍数的压力增敏效果,较大程度减小了压力增敏倍数对聚合物材料参量的依赖性。采用有限元理论建立了边孔封装结构的压力传感模型,分析了封装体几何结构变化对封装后压力灵敏度的影响。采用聚合物材料进行了封装制作实验,测量结果表明封装后光纤光栅的压力灵敏度为5251 pm/MPa,是封装前压力灵敏度的1750倍,并将交叉敏感问题改善了近三个数量级,可满足高精度水下压力测量的应用要求。     

基于闪耀光纤光栅的折射率传感技术实验研究

提出了一种基于闪耀光纤光栅传感技术的折射率测量新方法,即采用SLED作为光源,通过检测闪耀光纤光栅透射谱强度实现折射率的测量.实验证明,当环境折射率在1.372 3~1.453 2之间变化时,闪耀光纤光栅透射功率从0.611~0.472 mW线性下降,其灵敏度达到1.718 μW/（0.001折射率变化）.该检测方法具有结构简单、无需波长检测、灵敏度高、易于工程化等优点.     

光纤光栅温度传感的非线性现象

对光纤光栅温度传感反射波长相对漂移量与温度改变量的非线性问题进行了详细研究.通过对实验曲线的多项式拟合,求出了光纤光栅反射中心波长相对漂移量Δλ_C/λ_C与温度改变量ΔT的解析式,用对比法得到了温度灵敏度系数η表达式.取样计算表明:多项式能更好地反映Δλ_C/λ_C与ΔT的关系,证明了温度灵敏度系数η不是常量,而是随温度增加缓慢增大.     

一种新颖的光纤光栅带宽调谐方法

提出了一种新颖有效的光纤光栅带宽调谐方法,将光纤布拉格光栅斜向粘贴到矩形截面弹性梁的侧面上,通过调节弹性梁的曲率,实现了对光纤布拉格光栅的线性带宽调谐,调谐后的光纤光栅带宽可达11．32nm,中心波长的变化小于0．1 nm。