基于非本征Fabry-Perot腔光纤液位传感器研究

介绍了适用于液位测量的强度型非本征法布里-珀罗（F-P）腔光纤液位传感器的结构设计及其性能.实验观察到F-P腔具有良好的多周期输出特性和局部的线性特性,选用局部的1/4周期输出线性段作为线性工作区间可对液位进行高准确度、连续性测量.恰当选择敏感组件的尺寸可设计不同量程的传感器.实验结果表明,传感器测量3.5 m水位时,精确度为±2 mm,最小分辨率为1 mm.     

光纤法布里-珀罗腔传感器双波长解调法及波长优化设计

提出了光纤法布里珀罗(F-P)腔传感器的双通道双波长解调方法,并在此基础上建立了传感器的实验解调系统。理论分析与实验研究了双波长法解调光纤法布里珀罗腔传感器的基本原理,证明了双波长双通道解调法可以补偿传感器光网中和波长无关的变动引起的误差。根据已知的法布里珀罗腔传感器初始腔长和腔两端面反射率,从腔长变化的动态范围、线性、灵敏度等方面考虑,对工作波长以及线宽进行了优化设计。对双波长双通道解调系统进行了实验和数据分析,经最小二乘法拟合后的线性拟合度达到98.35%。实验结果表明:该方法可满足解调光纤法布里珀罗腔传感器在灵敏度、响应速度以及稳定度上的要求。     

一种新型的振荡场光化学传感器

利用法布里珀罗振荡模构造了一种新型的光化学传感器。与传统的以表面等离子模和光导模为探针的迅衰场传感器不同 ,这种新型结构中被传感介质处于法布里珀罗腔的振荡场中 ,其能量在全部入射光能中的比重占得很大 ,使得这种传感器具有很高的灵敏度。实验证实这类传感器对葡萄糖溶液浓度和折射率的测量精度皆可达 10 - 5数量级以上     

温度效应对F-P腔光纤液位传感器系统的影响及自补偿

分析了温度效应对F-P腔光纤液位传感器系统的影响,提出相应的解决方案以实现对温度效应的自补偿.在26℃-28℃环境温度条件下,实验结果表明,在1.87 m（水）量程内经过优化的传感系统参考光动态稳定性可达到0.059 9%,准确度误差为1.122 mm.自补偿措施对获得高准确度、长期稳定性的光纤液位传感器具有重要意义.     

大量程激光位移传感器的成像系统设计

为了解决目前国内自主研发的激光位移传感器基准工作距离短和测量范围小的问题,设计了一种适用于远距离测量的大量程激光位移传感器成像光学系统。基于激光三角测量原理,结合具体使用要求计算了大量程激光位移传感器的性能指标和成像光学系统的设计参数。选择5片式透镜结构作为系统的初始结构,利用光学设计软件对大量程激光位移传感器成像光学系统进行了仿真,完成了系统优化和性能分析,实现了基准工作距离为1 000 mm、量程为±500 mm、分辨率为0.4 mm的大量程激光位移传感器成像系统设计。结果表明,在测量范围±500 mm内,系统均可以满足成像质量要求。该激光位移传感器成像系统具有工作距离远、测量量程大、结构简单的特点,可满足1 000 mm远距离处大量程范围的测量使用要求。     

微纳光纤高温压力传感器

提出了一种基于飞秒激光加工技术制作的微纳光纤高温压力传感器。用飞秒激光在光纤端面加工出法珀腔,制作出的全光纤法珀干涉型压力传感器,从室温到1100℃范围进行了压力温度试验。在不同温度下,压力传感器都有良好的线性输出特性,短时间工作温度超过1100℃,能够满足高温环境下压力测量的需求。     

具有温度补偿的光纤位移传感器

位移测量是结构健康检测的重要参量之一.本文提出了一种双悬臂梁粘贴光纤光栅的位移传感器,它将位移变化转换成两只光纤光栅的波长移动,实现对位移量的绝对测量.通过引入对称补偿光纤光栅的方法解决了温度与位移交叉敏感的问题.推导了位移传感器的工作原理,完成了相关实验,并分析了传感器所产生误差的来源.实验结果表明,在量程为20 mm的时候,位移灵敏度为123 pm/mm,温度补偿前,温度对位移的影响是234.9 μm/℃;温度补偿后,温度对位移的影响为17 μm/℃.本位移传感器量程大、线性好、准确度高,不易受恶劣环境影响.     

光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot)腔液位传感器

提出了一种用于测量液体容器液位高度的新型光纤F-P(Fabry-Perot)腔传感器,它灵敏度高,实现了全光传感和传输,特别适用于一些有害、易燃、易爆液体容器液位的测定.详细分析了该类传感器的传感原理,并给出了传感头参量设计方法.实验结果表明,光纤F-P腔传感器测量液位方法简单,并且可达到相当高的精度.文中分析了实验中的误差,探讨了传感器的稳定性及改进方法,是光纤法布里-珀罗腔传感器实用化的有效尝试.     

基于连通器原理的小探头光纤液位传感器研究

介绍了以汞包层光波导为传感探头的光纤液位传感器的原理及信号处理,其工作原理是利用连通器将液位的变化转变为汞包层光波导包层长度的变化。理论分析和实验表明,当光波导直径和光波长一定时,光功率衰减随汞包层光波导长度增加作线性增加。通过对汞包层光波导引起光功率衰减的检测,探头结构的优化设计以及探测器件的选型,可以获得实时性很强的高精度液位测量。实验测得10m液位的最大测量误差为5．2mm,理论分析的相对测量精度可达0．02％。该液位传感器的研制对于油库等易燃、易爆环境中的液位测量具有重要意义。     

干涉条纹计数法光纤Fabry-Perot腔液位传感器

提出一种抗光源波动和外界干扰的条纹计数法光纤Fabry-Perot腔干涉型液位传感器.为适应这种条纹计数法对应变大挠度的要求,采用波纹管作应力弹性元件;对干涉条纹走向(或液位升降判向),分别提出实用的硬件设计方案和计算机软件处理办法;给出一种腔长温度补偿设计;实际制作了双光路光纤Fabry-Perot腔液位传感器,进行了实际气压模拟试验和实际水位测量试验,取得了良好结果.     

随机生长误差对双腔型平顶法布里-珀罗滤波器的影响

在光网络中平顶滤波器可以有效地提高信道光检测的快速性和准确性。利用两个法布里珀罗腔间的串联耦合,可以构建出具有平顶透射特性的双腔型法布里珀罗滤波器。采用传输矩阵的方法,研究了随机生长误差对双腔型平顶滤波器透射特性的影响。模拟分析表明,当两个法布里珀罗腔的物理厚度差超过一个纳米时,在透射谱中就会出现两个高度不同的透射峰;解释了实测器件的透射谱中的双峰不对称性;用界面起伏的概念解释了实测滤波器带宽大于理论值的原因。理论分析与实验结果取得了较好的一致。     

等芯径等间距三光纤补偿式位移传感器的实验研究

介绍了补偿式光纤位移传感器的结构和原理,实验测量了等芯径等间距光纤位移传感器的输出特性和位移的关系. 结果表明:2根接收光纤各自的线性范围小,补偿后的光纤位移传感器不仅能改善测量的线性度,而且能在一定程度上放大传感器的线性测量范围. 补偿式光纤位移传感器采用等芯径等距离方式可以有效地消除光源输出强度波动、表面反射率不同和光纤传输损耗对输出特性的影响.     

基于在线型光纤迈克耳孙干涉仪的液位传感器

为了简化光纤液位传感器的设计与制作工艺,提出了一种基于纤芯失配模间干涉的在线型光纤迈克耳孙干涉仪,由单模光纤熔接一段细径光纤构成。单模-细径光纤熔点处充当耦合器,激发出光纤高阶包层模,纤芯基模与高阶包层模被细径光纤端面反射后传输至单模光纤产生模间干涉并输出。传感器干涉条纹清晰、对比度高,对环境液位改变敏感。对细径光纤长度为12mm的传感器进行了不同溶液液位和温度响应特性的实验研究,实验结果表明在0~9mm的液位变化范围内,干涉谷波长与液位呈线性关系,水液位灵敏度为-0.116nm/mm,质量分数为4.7%的NaCl溶液液位灵敏度为-0.129nm/mm;在20~80℃的水温变化范围内,干涉谷的温度灵敏度为0.038nm/℃。传感器结构简单、制作简便,而且成本低廉,在石油化工等领域具有较好的应用前景。     

结合FBG-FP的变压器局部放电光纤全方向传感研究

为实现变压器局部放电的灵敏检测,避免漏检局部放电信号,基于光纤布拉格光栅(FBG)与法布里珀罗腔(Fabry-Perot cavity)传感原理提出了一种结合FBG-FP的变压器油中局部放电光纤全方向传感方法。介绍了FBG与FP腔的局部放电传感原理,局部放电产生的超声波会引起FBG反射光谱与FP腔干涉光谱的偏移,通过光谱边缘解调法进行光强解调可实现局放信号的检测。研制了局部放电光纤全方向传感器,通过3D打印技术制作了尺寸为25 mm×25 mm×25mm的长方体探头,探头中空结构用于插入单模光纤形成FP腔,四个侧面用于形成膜片式FBG传感结构,可接收不同方向的超声信号。基于变压器油中局部放电的频谱特性与液相环境中膜片的振动模型设计了超声传感膜片,选用镀有高反介质膜的康宁玻璃作为FP腔传感膜片,膜片半径为1.7 mm,厚度为0.165 mm,理论谐振频率为82 kHz;选用单晶硅作为FBG传感膜片,膜片半径为2.5 mm,厚度为0.1 mm,理论谐振频率为25.6 kHz。搭建了光纤局部放电传感系统并进行了局部放电光纤全方向传感器性能测试。通过断铅实验测得变压器油中传感器FBG传感膜片实...     

准确测量液位的反射式螺旋塑料光纤传感器

为消除工质成分和折射率（RI）对液位测量准确性的影响,利用低包层RI侧发光塑料光纤、反射镜、光纤固定杆和空气密封装置构建了反射式液位光纤传感器。首先,从理论及实验角度研究了光纤包层折射率对不同工质及不同折射率的同种工质液位测量的影响。然后,为了提高传感器灵敏度,研究了光纤螺旋直径和螺距对传感器灵敏度的影响。最后,研究了液位变化速率和工质温度对传感器响应特性的影响。研究结果表明,当工质RI大于光纤包层RI、液位变化速率为10～100 cm/min、工质温度变化范围为10～70℃时,传感器的输出与液位间具有线性关系。此外,测量结果不受工质成分、RI及工质液位变化速率的影响,传感器灵敏度可达0.0101 cm^-1,最大相对误差小于6.85%。     

基于光纤法布里-珀罗干涉仪的高压静电传感器

静电电压表对测量交直流高压有着非常重要的作用。为了实现高电压静电电压表的精确测量,提出并制备了一种采用法布里珀罗(FP)腔干涉原理的静电电压传感器。所设计的传感器电极与高压电极构成一组静电电压测量电极,此传感器的FP腔由光纤准直器和外侧镀铝的聚酯膜构成,当在高压电极施加载荷时,聚酯膜与高压电极之间产生均匀电场,在电场力作用下聚酯膜产生形变,从而改变FP腔的腔长,造成FP传感器的输出光谱偏移,采用相位解调法获得高压电极上施加的载荷,实现电压的静电测量。实验结果表明:可实现5~16kV直流高压和交流高压有效值的测量,5~10kV范围测量精度为1.21%,10~16kV的测量精度为0.61%。此传感器满足高电压的测量要求。     

基于无芯光纤强度调制型液位传感器的设计与性能

利用强度调制型光纤传感器容易解调的优势,提出了一种强度调制型光纤液位传感器.传感器由三根无芯光纤组成,其中,无芯光纤1与无芯光纤2串联构成测量臂,无芯光纤3构成参考臂.仿真分析得出,无芯光纤长度每缩短1mm,透射峰波长增加25.46nm.在0~50mm小液位范围内,实验测得传感器在水、5%NaCl、10%NaCl和15%NaCl水溶液四种液体环境中的液位灵敏度分别为0.069 5dB/mm、0.074 73dB/mm、0.077 49dB/mm及0.082 71dB/mm,线性度分别为0.998 25、0.998 49、0.988 11及0.995 13,线性度较高.该传感器可较好地消除光源光功率波动与环境温度变化带来的影响,重复性较好,在石油化工领域有一定的应用潜力.     

温度对光纤法-珀液位传感器腔深度的影响与补偿

在深入研究温度对光纤法-珀液位传感器腔深度影响的基础上,提出一种特别的腔结构设计,可以几乎完全补偿温度对F-P腔深度影响,使得腔的温度稳定性很好.这种压力式全光型光纤液位传感器的安装非常方便,特别适合于对已有的装载易燃易爆物质的大型油罐、储液罐等进行自动化监测与管理,也适合于一般工业生产与生活中液位的精密监控.     

双圈同轴光纤传感器在润滑油介质中的输出特性

针对双圈同轴式光纤(TCCOF)位移传感器用于滑动轴承油膜厚度检测时,由于传播介质为润滑油,传感器输出特性会受到影响,本文根据折射定律分析了传播介质对光纤最大入射角的影响,考虑传播过程中的光损并利用光场的准高斯分布规律建立了润滑油环境下的传感器数学模型,同时通过仿真计算得到了传播介质不同时的传感器输出特性。在此基础上,搭建了相应的传感器标定实验平台进行验证。结果表明:空气中TCCOF传感器的灵敏度为0.691/mm,润滑油中TCCOF传感器的灵敏度为0.464/mm;TCCOF传感器在润滑油测量环境中可减小光功率不同对传感器特性的影响;TCCOF传感器灵敏度随着反射面曲率半径的增大而增大;由于具有对称结构,当反射面为圆柱面时,TCCOF传感器可减小探头周向安装角度对其输出特性的影响。因此,在利用TCCOF传感器进行油膜厚度检测时,必须在相应润滑油环境下及相应的反射面情况下进行传感器标定。     

高Q法布里-珀罗腔中二阶串级非线性相移

在高Q值法布里珀罗腔中研究了二阶串级非线性相移.结果表明,通过改变入射光强,可以全光学控制基频光束的透射率和它的相移.基频透射光束的非线性相移相对入射光强的变化率被提高了腔精细度的平方.这可用作光子学开关器件 关键词： 二阶串级效应 法布里珀罗腔 非线性相移