适用于硅微谐振器件测量的光纤位移传感器研究

对一种适用于硅微机械谐振器件测量的光纤位移传感器进行了研究,该光纤位移传感器探头采用了单根光纤探测形式和光纤“X”耦合器结构,在微弱光电传感信号处理上采用了“锁相放大器”提取方案,可以实现对静态位移和振动位移两种场合进行测量.对该传感器的实测结果表明:该传感器测量范围为0～100 μm,测量灵敏度3.95 mV/μm,精度等级优于1%,重复性优于0.5%.为作为应用实例,运用该传感系统对一种微悬臂梁硅微谐振器件进行了测量,成功提取了硅微谐振器件的微弱谐振信号,证实了该传感器可以实现对硅微谐振器件的非接触和无损测量,并具有非接触、易调试、高灵敏度等优点.     

封面说明

水渗漏是大坝的重要隐患之一 .目前一个有效的在线监测方法是 :用分布式光纤温度传感器沿大坝易于渗水处铺设 .利用有渗水和无渗水处温度之间的差别来监测大坝是否渗水和在何处渗水 .这是一种性能价格比优于其他传感器的有效的在线监测方法 .其特点是 :监测范围大 ,探头结构简单 ,故障点定位精度高 .目前已商品化的这种分布式传感器其监测范围可从 1km扩展到 10 0km ,故障点定位精度可达 1m ,而传感探头仅是一根普通的通信用光纤 .由于光纤柔软 ,因而传感探头可按需要铺设在大坝的任何部位 .传感器的信号接收、处理和显示单元都在控制室 .和…     

光纤声传感器的实验研究

采用Y型光纤传感探头结构设计了反射式光纤声传感器.该传感器利用反射式强度调制方式实现声音对光的外调制,在完成声光转换的同时可对音频信号进行滤波处理.根据薄膜振动理论分析了弹性膜片的固有频率和基频.对光纤声传感器系统的测试结果表明,输入电流超过40 mA后,发光管的发光功率与输入电流呈良好的线性关系.     

强度调制光纤传感器

纤维光学传感器是广泛应用传感技术的基础,众所周知,光纤的优越性使其用于传感器特别有吸引力,而且大多数物理量可以用这些传感器来传感。可以传感的一些现象包括光强、位移(位置)、温度、压强、转动、声音、应变、磁场、静电场、辐射、流动、液面、化学分析和振动等。强度调制光纤传感器是简单的接通或断开型传感器的改进型。计数器和开关采用了通-断脉冲的数字特性,而透射和反射型光纤传感器在性质上是模拟型的。测量时,这种传感器调制输出光的强度。此外,还有两个光纤传感器即微弯曲传感器和本征传感器属于此类。     

光纤光栅三维应力传感器的设计与实现

以光纤光栅为敏感元件,设计并实现了一种基于圆柱结构的三维应力传感器.该传感器由三个光纤布喇格光栅等角度粘贴在圆柱体探头而实现.对这种三维传感器应用材料力学理论进行了传感原理的推导与分析,并进行了任意方向上应力大小的传感测量实验.实验表明:这种传感器可以准确测量三维空间任意方向的应力大小及方向,测量线性度高;在0-5N的测量范围内,误差不超过±1.58%,分辨率为9.2×10-3N.     

光纤光栅三维应力传感器的设计与实现

以光纤光栅为敏感元件,设计并实现了一种基于圆柱结构的三维应力传感器.该传感器由三个光纤布喇格光栅等角度粘贴在圆柱体探头而实现.对这种三维传感器应用材料力学理论进行了传感原理的推导与分析,并进行了任意方向上应力大小的传感测量实验.实验表明:这种传感器可以准确测量三维空间任意方向的应力大小及方向,测量线性度高;在0-5N的测量范围内,误差不超过±1.58%,分辨率为9.2×10－3N.     

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...     

基于Mach-Zehnder干涉仪的单模光纤声波传感器的研究

光纤传感器是20世纪70年代中期发展起来的一种新型传感器.它与普通的传感器相比,具有灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、防燃等优点,因此在温度、应力、磁场等传感领域都有着广泛的应用.本文研究的光纤声波传感器,其基础为Mach-Zehnder(M-Z)全光纤干涉仪,我们主要的工作集中在传感臂探头的制作.所研制的基于M-Z干涉仪...     

基于分布布拉格反射光纤激光器的压力传感器

介绍了一种基于单纵模分布布拉格反射(DBR)光纤激光器的新型压力传感器.该传感器基于拍频检测原理,其解调方法与传统光波长解调相比成本低且易实现.激光器谐振腔的增益光纤在应力作用下感生双折射从而导致单纵模激光器原本简并的正交偏振模式分离,互相差拍,产生1 GHz左右的拍频.对这种新型传感器进行了理论分析和实验论证,通过对0～1.2 N范围内压力进行传感检测,测得拍频为800~1200 MHz,曲线拟合度达到99.76 %.结果表明,该压力传感器不仅延续了光纤光栅传感器高灵敏度等优点.还可以看作是在原有光纤Bragg光栅传感技术的升级,以分布布拉格反射(DBR)代替光纤光栅作为传感基元,将无源传感升级为有源传感,以提高信噪比和传输距离.     

不同银含量的Pd-Ag复合膜微结构光栅光纤 氢气传感特性

研究了不同钯银合金原子比例复合膜对微结构光纤光栅氢气传感特性的影响.使用飞秒激光在布拉格光栅光纤包层加工螺旋微结构,将磁控溅射方法制备的不同钯银原子比例的合金膜镀在螺旋微结构表面,研制优化钯银合金比例的新型微结构布拉格光栅光纤氢气传感器.采用扫描电子显微镜和能谱仪对Pd-Ag薄膜进行表征和分析,对三种不同钯银原子含量(Pd∶Ag=2∶1,4∶1,6∶1)的微结构布拉格光栅光纤探头进行氢气传感测试.在室温条件下,钯银原子比例为4∶1的微结构探头具有最佳的氢气传感性能,钯银原子比例为2∶1的微结构探头响应速度最快,但是灵敏度最低.在4%氢气浓度下,螺旋微结构传感器的漂移量达到107pm,对比同类型布拉格光栅光纤氢气传感器,具有更高的灵敏度和更快响应速度.     

Dynamic analysis of an optical fiber coupler in telecommunications

This paper studies the vibration of an optical fiber coupler which is used in telecommunications subjected to a half sine shock. The emphasis is focused on analyzing the vibration response of the optical fibers inside the coupler and examining the influence of various coupler parameters on the vibration of the optical fibers, since their dynamic behavior is a critical factor in optical fiber communications. A simplified model of the optical fiber coupler is proposed, which consists of a beam and a string representing the substrate and the bundle of the optical fibers of the coupler, respectively. The beam and the string are bonded at four points using adhesive material, and therefore the boundary conditions for their equations of motion are coupled, which increases the complexity of the problem. For the string, two models are developed— the linear model assumes that the tension in the string is constant, while the non-linear one takes into account large transverse deflection and tension variation. With each model, both analytical study and numerical simulations for the vibration of the system under a half shock are carried out. Furthermore, numerical results are compared between the two models. Finally, parametric study leads to conclusions which are of practical importance to the design of optical fiber couplers.     

触点式光纤液位传感器传感头的制作及其应用

具体描述了触点式光纤传感头的制作过程和工作原理。对传感头的微观形状与反射率的关系进行了实验研究。应用这种传感头设计了一种光纤闭环液位控制系统。应用该传感头设计的光纤液位闭环控制系统已经在实验室运行近一年 ,取得了良好的效果。由于该控制系统是本征安全型的 ,因此适用于一切易燃、易爆的恶劣环境 ,如石油、化工等领域。     

Localization theory of distributed fiber vibration sensor

Based on Sagnac interferometer, a simple distributed optical fiber sensing system with sub-loop is presented to monitor the vibration applied on the sensing fiber. By introducing a sub-loop, three output beams of interference with different delay time are gotten. Location of the vibration is analyzed through mathematical-physical equations. The vibration frequency, amplitude, and location are theoretically simulated. The results agree well with the previous experiments.     

雨滴碰击光缆后光纤应变相位调制分析

基于云动力学理论,分析了雨滴碰击光缆后径向应变导致光纤纤芯折射率及形状发生改变,使光纤内传输光相位受到调制的过程.建立了雨滴碰击光缆引起光纤内传输光相位调制的模型,获得了降雨强度与相位调制之间的关系.研制了雨滴碰击光缆相位调制实验室验证系统,对比了模拟降雨强度分别为3,5,7,10,15,18,22,30 mm/h时的实验测试与仿真结果,两者变化趋势一致,误差在9%以内.该模型可用于仿真获得不同降雨强度下雨滴碰击光缆引起的光相位调制,为进一步研究降雨对光纤振动传感系统性能的影响,优化光纤振动传感工程应用系统,提出可行的雨量补偿方案提供了理论参考.     

基于可调高斯型滤波器的光纤光栅振动解调技术研究

 传统的匹配光纤布拉格光栅型光纤光栅波长解调系统具有波长匹配精度低、调节困难和动态测量范围小的缺点。为了克服上述缺点,采用波长可调谐高斯型滤波器代替传统匹配光纤光栅,提出了一种新型的光纤光栅波长解调技术。建立了基于高斯型滤波器的光纤光栅振动解调系统。对不同频率和振幅的周期性振动进行了解调实验。发现当选择合适带宽的滤波器时,透过滤波器的光功率随压电陶瓷上所加电压信号同步且高保真地变化,表明该系统对振动信号实现了有效的解调。该系统同时具有响应速度快、物理结构简单、动态测量范围大的优点。     

200 km沙漠链路高精度光纤时频传递关键技术研究

针对沙漠环境实地链路存在的温度变化大、室外风力、地表振动等多种复杂噪声来源,通过对系统反馈补偿带宽、反馈补偿强度、光功率等时频传递系统关键参数的优化配置,研究了不同反馈补偿参数下复杂链路噪声的有效抑制技术.全链路的频率传递稳定度8×10~(-14)@1s,1×10~(-16)@1000 s,千秒尺度下时间信号传递的时间方差仅为1.2 ps.实现了氢钟信号在200 km量级沙漠环境实地链路的无损传输.该验证实验在基于短基线干涉测量的卫星测轨系统中发挥了重要作用.     

分立式与分布式光纤传感关键技术研究进展

光纤传感技术已广泛应用于航空航天、石油化工、电子电力、土木工程、生物医药等领域,其技术形式主要体现为分立式和分布式.分立式光纤传感技术利用光纤敏感器件作为传感器来感知被测参量的变化,光纤作为光信号的传输通道连接光纤传感器及后端的解调装置;分布式光纤传感系统基于光纤瑞利散射、拉曼散射或布里渊散射等光学效应,利用光纤本身作为传感器,可对沿途的光信号进行大范围、长距离传感.本文介绍了分立式与分布式光纤传感中主要关键技术的研究进展,并对未来的研究和发展方向进行了探讨.     

基于反射法的光纤位移 振动传感器优化设计

采用非相干光作为光源,以平面镜为反射面,对光纤位移 振动传感器的性能进行研究。推导出光纤输出功率与测量距离的解析表达式,并详细探讨了不同光纤半径、光纤数值孔径、发射光纤和接收光纤间距、发射光纤和接收光纤轴线夹角下输出功率比与测量距离之间的内禀关系。仿真结果表明:光纤半径越小,光纤间距越大,可以测试的距离范围越小;光纤数值孔径、光纤轴线夹角越小,可以测试的距离范围越小。通过分析不同情况下,输出功率比随测量距离变化的关系,可以在实际工程应用中根据测量需要选择设计合适的传感器。此外,还对测量误差进行了分析,得到光纤轴线夹角越小,测量距离的范围越大,误差率越小,当光纤轴线夹角为0.25时,误差率约为1%。     

Coupling laser radiation to a fabry-perot cavity with a single-mode optical fiber

Three aspects of coupling to Fabry-Perot cavities used in optical frequency standards are discussed: the use of a single-mode optical fiber to maintain coupling stability while improving vibration isolation of the cavity, the required stability of the coupling geometry, and the phase and polarization variations resulting from fiber movement. Optical fiber coupling should be useful when laser linewidths and stabilities at the Hertz level are desired.     

内窥式二维光纤扫描探头及其驱动方法

基于压电换能器技术设计了一种应用于光学相干层析成像的新型内窥式二维光纤扫描探头,即利用两片压电陶瓷片和一片薄导电基片驱动光纤探头.该探头利用光纤悬臂的共振特性,通过对压电陶瓷施加等于光纤共振频率的混频信号,能同时激发光纤悬臂两正交方向上的振动,可以实现光纤悬臂的二维扫描.建立了理论模型并进行了有限元仿真分析,最后搭建了...