基于波分复用的长周期光纤光栅光化学多参量传感技术研究

提出一种基于波分复用(WDM)的长周期光纤光栅(LPFG)光化学多参量传感技术。利用均匀LPFG相邻级次包层模耦合谐振峰间的波长间隔,通过设计不同传感单元LPFG的光栅周期,进一步通过包层腐蚀或镀膜调整各LPFG特征峰位置,使各LPFG的特征峰在观察波长范围内相互错位。前一个LPFG激发的包层模不能传输到下一个LPFG,不同参量变化引起的各LPFG特征峰移动相互独立,通过考察系统输出复合谱中各特征峰的偏移可得各参量值。实验中利用镀聚炳烯胺盐酸盐/聚丙烯酸(PAH/PAA)薄膜LPFG、薄包层LPFG和镀TiO2/SnO2复合薄膜LPFG组成多参量传感系统,实现了对pH值、NaCl溶液浓度和相对湿度(RH)三个参量的传感。基于WDM的LPFG光化学多参量传感原理与结构简单,各LPFG的结构设计可独立进行,适用于对多个光化学环境参量的分布式测量。     

长周期光纤光栅传感信号解调技术研究现状

长周期光纤光栅(LPFG)对温度、应变、液体浓度等外界环境变化的敏感度要远高于光纤布拉格光栅(FBG),在传感领域具有广泛的应用前景。然而LPFG的传感信号解调技术尚不成熟,大大制约了LPFG在传感领域的应用。针对现有LPFG传感信号的解调方法进行分析与评述,着重介绍了基于边沿滤波技术、法布里-珀罗(F-P)腔扫描滤波技术和阵列波导光栅(AWG)技术的几种解调方案,并对各个方案在解调精度、速度、成本等方面进行了比较与分析。此外,介绍了实现LPFG复用解调的方法,并在总结已有技术优缺点的基础上对LPFG信号解调技术的发展趋势进行了展望。     

长周期光纤光栅温度传感性能分析

长周期光纤光栅的谐振波长与温度的变化基本呈线性关系,线性拟合的标准差可以表示长周期光纤光栅损耗峰对应波长的波动性。提出了一种初步衡量长周期光纤光栅的温度传感性能优劣的方法,即用长周期光纤光栅温度灵敏度与拟合标准差的比值P的大小来判断长周期光纤光栅的温度传感性能优劣。大量的实验数据证明,长周期光纤光栅温度传感特性的优劣与参数P的大小是一致的,即P值越大则长周期光纤光栅的温度传感特性越好,P值越小则长周期光纤光栅的温度传感特性越差。     

多芯光纤光栅形状传感性能与重构误差研究

多芯光纤光栅形状传感技术利用空分复用以及应变监测的优势,结合不同的栅点布设方案,实现待测对象的连续曲率和形状传感。首先介绍了多芯光纤光栅曲率和挠率传感原理,提出采用齐次矩阵变换的三维重构算法实现光纤的三维形状重构。为了探究不同光栅密度对实验精度的影响,利用算法编程模拟了不同光栅间距下的三维形状重构精度,依据模拟仿真的结果,建立了不同光栅间距与三维重构误差之间的关系。三维形状传感实验使用光栅间距为10 cm和5 cm的七芯光纤光栅串。实验结果表明,最大误差出现在尾点处,分别为2.56 cm和1.15 cm,占全长的3.2%和1.4%,平均误差为1.32 cm和0.62 cm,占全长的1.7%和0.8%。实验结果与仿真值比较接近,说明可以依据仿真结果对不同光栅间距下的三维形状误差进行预测。结合具体的应用场景合理配置测点资源,在较低的成本范围内实现高性能的检测。     

光纤光栅在传感应用中波长漂移的检测方案

波长漂移量的检测是实现光纤光栅传感网络的关键技术．分类阐述了近几年来光纤光栅传感应用中主要的波长检测方案,分析了它们的工作机理和特性,并展望了其可观的应用前景．     

飞秒写光纤光栅激光器有源高温传感技术

针对光纤光栅型光纤激光器有源温度传感技术只能进行较低温度以及较小范围温度测量的问题,提出一种飞秒写光纤光栅型光纤激光器高温传感测量系统.将飞秒写光纤光栅嵌入到光纤环形腔结构中,同时作为温度敏感元件和激光波长反馈器件,设计搭建了飞秒写光纤光栅型激光器光路.此光路系统输出光信号带宽为3.45 GHz峰值强度为31.94 d...     

基于光子晶体光纤长周期光栅的双参数传感技术研究

利用高频CO2激光脉冲在折射率引导型的光子晶体光纤(PCF)上写制了长周期光栅(LPG),产生多个谐振峰。实验观察和理论分析均表明,这些峰是源于纤芯LP01模式向高阶纤芯LP11模式的耦合。通过研究产生的两个谐振峰随外界温度、弯曲、折射率和轴向应变的变化发现,LPG只对温度和轴向应变敏感,从而实现对弯曲和折射率均不敏感且能同时测量温度和应变的双参量传感器,减小了交叉敏感,其温度和轴向应变的灵敏度分别为10 pm/℃和-4.0 pm/με。     

光纤光栅温度传感增敏方法研究

针对裸光栅温度灵敏度较低的问题,设计了一种封装方式并进行结构制作。所设计的封装方式是将光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)置入毛细玻璃管中,并填充353ND环氧树脂胶,最后固定在铜片基底上。首先对FBG温度传感及增敏机理进行了理论分析,然后进行结构的设计及制作,最后进行温度传感测试。聚合物353ND和铜片的热膨胀系数显著高于裸光栅,在外界温度发生变化时会对光纤光栅施加附加应力,从而提高其温度灵敏度,并保护FBG传感器的结构。实验结果表明：在40℃至140℃的温度传感测试中,FBG的反射波长保持着不错的线性;温度灵敏度由增敏前的10 pm/℃提升到了21 pm/℃左右,且温度传感特性拟合曲线线性度达到0.996以上。     

光纤光栅在传感应用中波长漂移的检测方案

波长漂移量的检测是实现光纤光栅传感网络的关键技术。分类阐述了近几年来光纤光栅传感应用中主要的波长检测方案,分析了它们的工作机理和特性,并展望了其可观的应用前景。     

光纤布喇格光栅磁场传感方案

基于光纤光栅应变变敏感性和磁性材料的磁致伸缩效应,本文探讨了将光纤无效册应用于磁场传感测量的方案,计算了镍和铽两种强磁体条件下的磁致伸缩量△Ｌ／Ｌ、外磁场Ｈ、与Ｂｒａｇｇ波长位移量△λＢ和中心反射波长λ四个参数之间的相互关系,并进行了相关的讨论。     

光纤Bragg光栅高温传感技术研究

从温度传感理论模型的角度研究了光纤Bragg光栅(FBG)的温度传感特性,推导了封装后的FBG温度传感器的温度响应灵敏度系数的解析式,分析了FBG的高温响应特性,提出了在高温环境中降低FBG的非线性响应效应的方法.实验结果表明,提高基体材料的热膨胀系数能有效降低FBG传感器在高温环境中的非线性的影响.     

裸光纤Bragg光栅的温度传感特性研究

从理论上分析了光纤Bragg光栅的温度传感原理,并通过实验对裸光纤Bragg光栅的常温温度特性进行了测试。实验结果与理论分析基本一致,证明裸光纤Bragg光栅在常温下的中心波长与温度变化呈良好的线性关系,为其用作温度传感器提供了理论和实验依据。最后,指出了光纤Bragg光栅温度传感器在实际工程化应用中所需要解决的问题。     

面向光接入网的光纤光栅传感数据数字化系统

利用现有的光纤通信网实现对光纤光栅传感网络的远程监控,既可以避免重新铺设传感信道,节约成本,又可以增加传感网组网的灵活性。提出了一种基于阵列波导光栅(AWG)的面向光接入网的光纤布拉格光栅(FBG)传感网传感数据数字化系统,系统能够快速实现对携带传感信息的FBG反射波长的数字化。分析了系统的工作原理及主要误差来源,并设计了传感数据成帧模块的结构及适于在光接入网中传输的传感数据帧结构。采用OptiSystem/Matlab协同仿真的方法对一个3×3光纤光栅传感网络进行了仿真实验,实现了在-50℃～100℃范围内精度为1℃的温度监测,能够满足日常温度监控需要。实验结果表明了该方案的可行性。     

分布式光纤光栅传感网络的复用解调技术

波长编码信号解调是实现光纤光栅多参量、多点分布式传感网络的核心技术之一。本文总结了光纤光栅传感信号解调的一般原理和技术难点,分类评述了常用解调方法的工作机理、特点和性能。同时,提出了一种新型的、用宽带光源和可调谐光滤波器(TOF)构成的可调谐窄带光源,对测量光栅阵列和参考光栅进行波长扫描,借助光电探测器和信号处理系统实现复用传感系统的解调技术。     

光纤光栅传感系统无源时域解调技术

基于光纤光栅匹配滤波技术．提出一种传感信号无源时域解调方案。该方案利用解调光栅受压电陶瓷驱动,对传感光栅反射光波进行波长扫描的原理,将传感光栅布拉格反射波长的漂移变为解调光栅透过的负脉冲在时域中间隔的变化。实验证明,该传感系统的传感分辨率为8．9μ;传感灵敏度的实验值为11．2μs／p,与理论值11．7μs／μ基本吻合。     

边孔光纤光栅的传感特性

报道了一种新型边孔光纤及边孔光纤光栅的研究结果。采用有限元法分析了边孔光纤内部的应力分布和双折射数值,并通过波长扫描技术对其双折射进行了测量,理论计算和实验测量结果表明双折射数值达到4×10-5。根据边孔光纤光栅两反射峰偏振态相互正交的特性,提出了一种基于偏振检测的波长检测方案对边孔光纤光栅的传感特性进行了测量。结果表明两峰中心波长间隔随温度变化的灵敏度仅有0.05 pm/℃,是普通单模光纤光栅温度灵敏度的1/184。提出了一种基于横向荷载压力增敏的新型边孔光纤光栅封装装置,使边孔光纤光栅双峰间距的压力灵敏度从5.6 pm/MPa增加到119.14 pm/MPa,增敏21倍,实现了温度不敏感的高灵敏度压力传感。     

氧化石墨烯修饰的色散拐点长周期光纤光栅的折射率传感特性

研究了氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)修饰的色散拐点长周期光纤光栅(Dispersion-Turning-Point Long Period Fiber Grating,DTP-LPFG)传感器,分析了其光谱特性及对外部折射率的灵敏度特性。利用准连续KrF激光器在载氢单模石英光纤上制作周期约为136μm的DTP-LPFG,采用氢键结合的方式将GO涂覆于光栅表面,构成基于GO修饰的DTP-LPFG传感器。实验结果表明:随着GO在DTP-LPFG表面的沉积,其双谐振峰的左峰发生蓝移,右峰发生红移,双峰间距增大;在1.33~1.38折射率范围内,该传感器在涂覆GO后,谐振双峰间距变化量的折射率灵敏度约为831.89nm/RIU,较未修饰GO的DTP-LPFG提高了1.05倍。     

光纤布拉格光栅热式流量传感技术研究

光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)热式流量传感技术具有测量阈值低、灵敏度高等优点,是近年来流量测量领域的研究热点。概述了FBG热式流量传感原理,总结了当前该技术研究的重点和难点问题(主要分为传感器加热、结构设计、温度补偿和封装增敏四个方面),旨在发现问题、展望未来。从近年来的典型研究成果入手,分析了电加热、光加热两种传感器加热方式和热线式传感结构。温度补偿和封装增敏部分则作为专题来研究,其中温度补偿旨在解决传感器加热换热与环境温度交叉敏感问题。最后归纳分析了该技术在大流量时的低灵敏度特性,并讨论了提升传感器灵敏度未来可能的研究方向和相关方法。