Irradiation effect on strain sensitivity coefficient of strain sensing fiber Bragg gratings

The effect of irradiation on the strain sensitivity coefficient of strain sensing fiber Bragg gratings(FBGs) has been investigated through experiments. FBGs were fabricated in single mode fibers with 3 mol% Ge-concentration in the core and with a H2-loading treatment. In experiments, the FBGs were subjected to γ-radiation exposures using a Co60 source at a dose-rate of 25 Gy/min up to a total dose of 10.5 kGy. The GeO defect in fiber absorbs photons to form a GeE’ defect; the interaction with H2 is a probable reason for the γ-radiation sensitivity of gratings written in hydrogen loaded fibres. The effect mechanism of radiation on the strain sensitivity coefficient is similar to that of radiation on the temperature sensitivity coefficient. Radiation affects the effective index neff, which results in the change of the thermo-optic coefficient and the strain-optic coefficient. Irradiation can change the strain sensitivity coefficient of FBGs by 1.48%–2.71%, as well as changing the Bragg wavelength shift(BWS) by 22 pm–25 pm under a total dose of 10.5 kGy. Our research demonstrates that the effect of irradiation on the strain sensitivity coefficient of FBG is small and that strain sensing FBGs can work well in the radiation environment.     

光纤布拉格光栅温度灵敏性的实验研究

在-150～550℃的温度范围内测量了光纤布拉格光栅中心反射波长的温度灵敏性。光栅波长的温度响应是非线性的。通过对试验数据的三次多项式进行拟合分析,结果表明:波长为1500nm左右的光栅具有相同的温度敏感性;波长对温度变化的响应(ΔλB/ΔT)主要是由折射率的变化(dn/dT)引起的,dn/dT随着温度的降低而减小;得到了温度灵敏系数关于温度的二次表达式,并给出了在-150～550℃温度范围内波长变化的快速估算。     

光纤Bragg光栅应力传感中温度交叉敏感问题研究

针对光纤Bragg光栅应力传感中温度交叉敏感的问题,设计了一种有效的无源温度补偿方法和补偿结构。通过理论模拟,分析了M值不同时补偿效果曲线的变化,从中得到了补偿效果最好时的M值;得出了不同预应变情况下的温度特性曲线,从中找出了温度特性被完全补偿时的预应变的值;分析了温度补偿中出现过补偿和欠补偿现象的原因。通过该方法,有效地解决了光纤Bragg光栅传感中的温度交叉敏感问题。温度补偿后可以满足对光纤光栅温度稳定性要求较高的光纤传感、通信等领域的需要。     

匹配光纤光栅温度传感解调系统

实验了一种基于一维调节器的光纤光栅静态温度(温度缓变)探测系统。在系统中,一维调节器与步进电机相连,步进电机由PC(计算机)通过PLC(可编程逻辑控制器)进行控制,匹配光纤光栅被固定在一维调节器上用来解调增敏光纤光栅传感器探测到的温度信号,匹配光栅的Bragg周期可通过调节一维调节器进行控制,其透射的光信号经光电检测电路检测并与调节架形成闭环控制。实验测得,在10℃~70℃范围内系统温度传感探测精度为±0.3℃。     

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．     

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。     

光纤布拉格光栅的应变传感实验的研究

针对光纤布拉格光栅的应变特性进行了实验研究,利用计算机采集和处理数据.实验结果表明,Bragg波长随纵向应变的变化呈现出良好的线性,与理论分析结果一致;光栅的涂敷材料不会改变它的线性,但会引起光栅的应变灵敏度变化.     

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。     

倾斜光纤光栅温度传感透射光谱研究

利用耦合模原理,研究了倾斜光纤光栅的温度传感原理,分析了基模及高阶模透射谱的温度特性,仿真模拟了基模谐振波长和高阶模谐振波长的温度漂移特性,研究了倾斜角度对谐振波长的影响。结果表明:各个模式的谐振波长均随温度线性增长;倾斜角度的增加,中心波长不漂移,透射带宽变窄。其结果对倾斜Bragg光纤光栅的生产和应用具有一定的指导作用。     

可分离温度影响的FBG应变测量方法

光纤布拉格光栅在通信和传感领域具有广泛的应用。利用光纤布拉格光栅中心波长的偏移，可以测量温度和应变等多种物理量，但必须解决光栅对温度和应变的交叉敏感问题。该文简要分析了光纤光栅作为传感器的基本原理及其优点，设计了利用参考光栅法分离温度影响以及利用掺铒光纤的自发发射放大特性分离温度影响的2种应变测量方法。最后，介绍了一种利用倾斜光纤光栅的主模和边模对布拉格光栅中心波长的偏移进行解调的方法，该方法成功地分离了温度对应变测量的影响。     

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。     

高能激光辐照下光纤布拉格光栅响应特性

为探索光纤布拉格光栅在高能激光参数测量方面的应用,通过实验和数值模拟研究分析了其在高能激光辐照下的响应特性。通过解传热方程,获得了光纤布拉格光栅在高能激光辐照下的热响应特性。利用一个光纤光栅解调仪,记录了光纤布拉格光栅在高能激光辐照下的波长漂移现象。实验结果表明：在一定的功率密度范围内,光纤布拉格光栅的最大波长漂移与其所受的辐照功率密度成线性关系,该结果与理论模拟相符。     

光纤光栅传感技术在工程中的应用

综述了光纤光栅传感器近年来在工程结构健康监测、石油产业、电力行业、岩土工程、航空航天、采矿、爆破、交通及医学等各个领域的应用情况。文章认为,限制光纤光栅传感器产业化和大规模应用的主要因素是缺乏统一的设计理论和制作方法,这使得不同厂家生产的传感器规格存在差异。另外,由于复杂的生产技术和精细的生产过程使传感器生产成本较高,而且能实际应用的光纤光栅传感器的解调产品并不多,且价格很高。根据上述分析,文中对该项技术未来的发展方向提出了展望。     

光纤Bragg光栅的频谱特性

利用数值模拟方法分析了光纤Bragg光栅的结构参量对其频谱特性的影响,研究了旁瓣效应与κL值的关系,通过实验给出了第一、第二旁瓣的反射率与κL值的函数关系.实验测得频谱同理论模拟结果基本吻合,所得结论可为设计与制作高边模抑制比的光纤光栅提供参考依据.     

Free-spectral range tunable Fabry-Perot filter with superimposed fiber Bragg gratings

A novel free-spectral range (FSR) tunable Fabry-Perot filter (FPF) with two superimposed fiber Bragg gratings (SFBGs) is proposed and experimentally demonstrated. The SFBGs, initially uniform in period with slightly different Bragg wavelengths, were glued onto the lateral surface of a specially-designed cantilever beam and linearly chirped by beam bending-induced strain gradient. As a result, their reflection bands overlap and a grating-based FPF with a tunable FSR is formed. A continuously tunable FSR of 0.1-0.5 nm has been achieved in the experiment.     

Fibonacci quasi-periodic superstructure fiber Bragg gratings

Superstructure fiber Bragg gratings constructed following the Fibonacci sequence are proposed and simulated by using the transfer matrix method. The reflection spectrum has a multi-fractal structure as a function of the wavelength and is symmetric to the center. The reflectivity has self-similarity and scaling with respect to the Fibonacci sequence order at the central wavelength. For the transmission spectrum, the interaction of the core-cladding mode is investigated and the particular wavelengths for which the resonance condition is satisfied are located by varying the grating parameters. The potential application of the quasi-periodic structure as fiber sensors is also proposed.     

Dynamic strain monitoring by wavelength locking between two fiber Bragg gratings fiber sensing system

We demonstrated a fiber sensing system using the method of wavelength locking of two identical fibers Bragg gratings (FBG) to interrogate the wavelength shift by directly measuring the intensity of the reflection from the sensing Bragg grating. The light source of the fiber sensing system is an EDFA fiber ring laser pumped by a 980 nm laser diode and a narrow bandwidth fiber Bragg grating for the filter of the ring laser resonator. The wavelength shift is converted to the intensity deviation of the reflection from the sensing FBG under strain variation, and is able to achieve real-time sensing of the dynamic strain sensing in civil engineering. The characteristics and key factors to maintain stability of the dynamic strain sensing system are discussed.     

用粒子群优化算法设计光纤布拉格光栅

用粒子群优化(PSO)算法对二元相位取样光栅进行优化设计.实现了利用二元相位取样光栅对多信道色散和色散斜率的同时补偿.设计得到的二元相位取样光栅的反射谱各信道均匀,时延线性好,带宽、色散量和色散斜率可以根据实际的光纤类型来调整,对折射率调制要求较低.由于只有π相移,因此其制作比多级相位取样光栅相对简单.与其他优化方法相比,粒子群优化算法具有简单、收敛速度快等优点.     

Bragg光纤光栅傅里叶模式耦合理论

建立了Bragg光纤光栅傅里叶模式耦合理论.在分析光纤光栅的耦合模时,发现了耦合模式的振幅系数间存在傅里叶变换关系.推导了将傅里叶变换和模式耦合融合在一起的Bragg光纤光栅反射谱和透射谱的通用表达式.该理论是用傅里叶变换得到Bragg光纤光栅折射率微扰的空域谱,再对该空域谱进行模式耦合分析计算,从而得到Bragg光纤光栅的光谱特性.根据该理论,仿真分析了Bragg光纤光栅的谱特性,与耦合模理论、直接傅里叶变换法进行了对比分析.结果表明,傅里叶模式耦合理论与传统的耦合模理论及实际Bragg光纤光栅的光谱特性一致,具有简单、清晰、直接、精确和分析效率高的特点,可分析任意轴向折射率微扰分布的Bragg光纤光栅结构.