聚合物封装的高灵敏度光纤Bragg光栅温度传感器

将光纤光栅封装于一种有机聚合物基底中,制成温敏元件,测量了20～100℃不同温度下光纤光栅的反射谱.由于基底材料的带动作用,封装后的光纤光栅温度灵敏度为83.07×10-6/℃,是相应裸光纤光栅的12.3倍.     

差动式光纤Bragg光栅沉降仪

研制了一种测量地表沉降变形的差动式光纤Bragg光栅沉降仪。等强度悬臂梁的底部固定于工地上的固定平台,顶端通过刃口、挂钩和连杆与沉降墩连接。在该测量中,沉降仪将沉降墩的地沉降量转换为悬臂梁的挠度。悬臂梁作用粘贴于其上下表面的光纤Bragg光栅产生应变,即传感光栅的Bragg波长产生了移位。对粘贴在悬臂梁上、下表面的传感光栅的Bragg波长进行差动运算,实现温度补偿,减小人为和气候因素的影响。在挂钩和沉降敦之间采用了螺旋结构连接,可通过调整螺旋或更换不同长度的挂钩来调节传感器的测量范围。荷载实验表明,该沉降仪的测量精度为0.004mm,低于变形测量中的科研级测量精度0.01~0.05mm。     

光纤Bragg光栅水听器特性及实验研究

论述了光纤Bragg光栅（FBG）水听器探头基元 （FBG）的传感特性,分析了FBG的耦合系数、反射率、反射带宽和栅长对光纤Bragg光栅水听器传感特性的影响.通过改进光纤Bragg光栅水听器探头封装结构,增加了其压力敏感系数.并将实验结果与标准水听器（压电型）比较,标定出光纤Bragg光栅水听器的声压灵敏度;对传感信号进行电路解调,得出了解调结果,结果显示与原始声波信号基本一致.试验表明,在1 kHz~25 kHz的声波检测范围,光纤Bragg光栅水听器响应平坦度好,信号输出稳定,证明文中采取的改进措施是有效的.     

采用WDM技术的光纤Bragg光栅传感网络

采用绝对测量原理的波长调制技术,光纤Bragg光栅可组成并行、串行和阵列WDM拓扑结构.分析表明,光纤Bragg光栅网络的工作原理类似于一个多宽带平面镜.利用光谱仪可测量上述光纤Bragg光栅网络的反射谱,其中,光源是宽带为～40nm的掺饵光纤放大器.当网络中的光纤Bragg光栅受扰动后,受扰光栅的反射谱发生相应的变化,即Bragg波长发生相应的偏移.结果表明,当事先确定了光纤光栅的波长调制范围,反射的峰值波长能反应光纤光栅传感网络的信息.值得注意的是～3nm的波长调制范围可满足～100℃和～2000με的参量测量.     

光纤Bragg光栅压力传感机理研究

对光纤Bragg光栅的压力传感机理进行了理论研究。分析了引起光纤光栅中心波长偏移的各种物理效应，并对几种不同形式压力下各种物理效应所引起的灵敏度系数进行了计算。计算结果表明，纵向和横向压力灵敏度系数相反，屏蔽一个方向可获得较大的压力传感灵敏度；波导效应所引起的应变灵敏度系数都比弹光效应小几个数量级，因此可以忽略。并首次提出在不同方向的压力作用下，弹光效应对应变灵敏度具有不同的贡献。     

双悬臂梁光纤Bragg光栅应力传感器

报道了一种新颖的光纤Bragg光栅应力传感器.理论分析和实验证明了这种传感器Brrag光栅中心波长随应力变化的线性工作区.将光纤Bragg光栅贴于双悬梁的梁端面,在双悬梁的自由端部施加载荷,对光纤Bragg光栅的应力响应特性测试.当所加载荷为300 g时,光纤Bragg光栅中心波长变化了0.156 nm.从实验上获得了－0.05 nm/N的应力响应灵敏度.该结构具有应力增敏作用,且应力响应的线性、重复性和迟滞性较好.应力响应灵敏度随着梁的大小以及材料的力学参量的改变而改变.     

水杯式光纤Bragg光栅沉降仪的研究

沉降仪是测量路基、桥梁、隧道、边坡等结构物沉降的重要仪器。利用上、下容器相连通结构,研制了一种水杯式光纤Bragg光栅沉降仪。当沉降发生时,在压差的作用下,膜片产生的挠度推动传压杆使等强度悬臂梁的自由端产生同样大小的挠度变化,使粘贴于等强度悬臂梁表面的光纤Bragg光栅发生拉伸,进而导致中心波长发生移位,实验通过检测波长移位可获得沉降量。分析结果显示,光纤Bragg光栅波长移位对沉降量呈现良好的线性关系,沉降仪的灵敏度可达15.4pm/cm,线性度为1.73%FS,迟滞为0.984%FS,重复性误差为3.61%FS。     

水杯式光纤Bragg光栅沉降仪的研究

沉降仪是测量路基、桥梁、隧道、边坡等结构物沉降的重要仪器。利用上、下容器相连通结构,研制了一种水杯式光纤Bragg光栅沉降仪。当沉降发生时,在压差的作用下,膜片产生的挠度推动传压杆使等强度悬臂梁的自由端产生同样大小的挠度变化,使粘贴于等强度悬臂梁表面的光纤Bragg光栅发生拉伸,进而导致中心波长发生移位,实验通过检测波长移位可获得沉降量。分析结果显示,光纤Bragg光栅波长移位对沉降量呈现良好的线性关系,沉降仪的灵敏度可达15.4pm/cm,线性度为1.73%FS,迟滞为0.984%FS,重复性误差为3.61%FS。     

钢管套装光纤Bragg光栅温度传感器

为避免外加应力应变对温度传感器光栅的影响,提出了一种利用双钢管套装来隔离外加应力应变的方法。传感器两端留有尾纤,可实现多个传感器波分复用。为了防止因温度和外加应力应变所导致的套管形变而产生光纤拉伸,封装在两个钢管中的预留光纤长度应大于0.69mm。实验结果表明,温度在0℃~80℃之间变化时,灵敏度达到10pm/℃,线性度较好,可实现对环境温度的高精度连续监测。     

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。     

Czerny-Turner型双光栅单色仪的波长驱动与波长校准研究

单色仪在实际光谱测量前需要进行波长校准。文中分析了波长驱动原理,并推导了Czerny-Turner双光栅单色仪出射波长与步进电机脉冲数的关系式。在此基础上进行了波长校准实验。使用低压汞灯作为校准光源,在紫外波段和可见波段蓝端,扫描多条低压汞灯特征谱线,得到单色仪的指示波长与信号强度的关系数据。计算出单色仪出射这些谱线时使用的波长修正量。最后使用曲线拟合方法得到250 nm～450 nm光谱范围内单色仪出射任意波长时对应修正量的计算式。波长校准保证了单色仪的波长准确性。     

Reliability of fiber Bragg grating sensors embedded in textile composites

The reliability of the fiber Bragg grating (FBG) sensors embedded in textile composites with both dual-end and single-end is studied in this paper. The effects of debonding of the interfaces of the fiber/coating and coating/resin on the reliability are considered. Measurement error induced by the deviation of the location of sensors after embedding into a composite has been analyzed for the three-point bending experiments. The analysis indicates that the determination of the precise location of FBG sensors would be a key problem when the sensors are embedded in a large gradient strain field. The experimental results show that the debonding at the interfaces has great effect on the reliability of single-ended FBG sensors and little effect on that of dual-ended sensors. It is suggested that FBG sensors be calibrated before they are imbedded into composite, which will help to improve the precision of the measurement and avoid damage to sensors to ensure the sensor's strength while the composite is under loading.     

耐高温光纤Bragg光栅的响应特性研究

以耐高温光纤光栅和普通的光纤光栅为实验研究对象,研究了其高温特性。普通的FBG，当温度超过300℃以上，光纤光栅已变黑变脆，虽然有传感特性，但已不能在实际中应用；通过对耐高温光栅裸栅进行300℃以上的高温实验，发现耐高温FBG处于20℃～350℃之间时反射波长与温度之间有着良好的线性关系，且光栅性能良好，没有出现被碳化现象，灵敏度为0.01nm/MPa；随着温度进一步升高，FBG反射波长与温度开始呈现非线性关系。实验结果表明，耐高温光栅适合于高温油气井下应用。     

BOR-FDTD analysis of nonlinear Fiber Bragg grating and distributed Bragg resonator

Recently, nonlinear materials have attracted a great deal of attention because of their importance in designing new devices to meet a need range of optical systems. An intense investigation of the possibility of using these materials for all optical ultrafast applications is achieved by allowing their dielectric characteristics to be varied in such a way that a periodic perturbation of their refractive index along the length of the waveguide will be formed. The Finite-Difference Time-Domain (FDTD) method, on the other hand, has been proven to be one of the most powerful numerical techniques that are usefully applied to a wide range of optical devices. In this paper, a FDTD technique, developed for nonlinear structures, is used to analyze a nonlinear waveguide and periodic nonlinear structures that exhibit attractive properties that make them suitable for novel devices with wavelength tunable characteristics. More specifically, the Bodies of Revolution (BOR) FDTD numerical simulation method will be used to model the fiber Bragg Grating (FBG) and the direct integration method will be employed to include the effect of Self Phase Modulation (SPM) in this model. The combination of these techniques will result in a model that is used to analyze two different types of periodic nonlinear structure, FBG and Distributed Bragg Resonator (DBR). The nonlinear effect provides the designer an added degree of design flexibility for devices with wavelength tunable characteristics, for example, in the design of tunable filters, WDM systems and optical sensors.     

基于激光诱导击穿光谱的波长校准法研究

基于线列光探测器件的光谱仪具有多光谱通道探测的优点，以及其在物质光谱分析中担当的重要角色。分析了基于线列光探测器件光谱仪的波长准确度问题，提出利用激光诱导击穿原子光谱丰富波长校准特征波长谱线的思想。实验选用光谱波长范围为200nm～600nm的凹面光栅光谱仪、2048元焦平面的CCD器件和低压汞灯，分别对铜、铝、镁、钙、硅等5种样品进行了激光诱导击穿光谱试验；利用选取的10条激光诱导原子光谱波长数据并结合低压汞灯的10条特征谱线对光栅光谱仪重新进行波长校准，获取的试验数据有力地证明了这种思想的可行性。     

基于色散补偿光纤的高速光纤光栅解调方法

本文提出并论证了一种光纤光栅高速解调的新方法, 利用色散补偿光纤的色散效应, 将光纤光栅的波长漂移信息转换成时域信息. 采用脉冲激光器作为光源, 仅需一个光脉冲可获取单根光纤上所有光纤光栅的反射光脉冲, 再根据各个光栅反射回光脉冲的延时变化即可实现波长的解调. 本方法可用于准分布光纤光栅传感网络解调, 系统采用全光纤结构, 无需波长扫描, 大大提高了解调速度. 本文搭建了测试系统进行实验验证, 对3个光纤光栅组成的准分布式传感网络进行了解调, 实验结果表明, 解调出的光纤光栅布喇格波长线性度好, 解调速度最高可达1 MHz, 采样数据取10次平均后解调线性度可达0.9969, 解调误差约为27.8 pm.     

A gain-clamped S-band erbium-doped fiber amplifier using fiber Bragg grating

We propose and investigate experimentally a gain-clamped S-band erbium-doped fiber amplifier module, employing a fiber Bragg grating to serve as a reflected element to lase a saturated tone injected into the module, by forward optical feedback method. In addition, different injected powers of the saturated tone are used to realize the performances of gain and noise figure for the proposed amplifier over the effectively wavelength range of 1478-1520 nm.     

基于分布式光纤Bragg光栅传感技术的光缆卷盘静态压力研究

基于对光缆卷盘缆层静态压力分布的理论分析, 建立了光缆缠绕体系中的受力理论模型. 研究表明, 随着缠绕层数的增加, 卷盘各层光缆所受压强先快速增大而后变化平缓. 采用分布式光纤Bragg光栅(FBG)对光缆绕线装置上缆层的静态压力进行了实时传感, 理论上给出了FBG的中心波长偏移量与体系压强的定量关系, 实验上发现各层FBG的中心波长随着光缆卷盘缠绕层数的增加先较快速变化而后趋于平缓, 理论模拟和实验测量结果符合得很好. 该技术解决了光缆绕线过程中无法对缆层所受压力进行实时监测的难题.     

分布式反馈激光器动态扫描光纤布拉格光栅波长解调系统

通过对该系统采集到的法布里-珀罗(F-P)标准具透射谱和光纤布拉格光栅(FBG)传感器反射谱进行寻峰算法以及拟合算法的研究,采用C语言编程和LabVIEW编程相结合的方式,实现了FBG波长信号的解调。其中,由于系统采集到的F-P透射谱和FBG反射谱线时域信号数据都由离散点构成, 且在3 dB带宽内均符合高斯曲线分布,采用高斯拟合对采集到的信号数据进行寻峰处理,提高系统精度;又由于分布式反馈(DFB)激光器的波长扫描存在着一定的非线性,采用二项式拟合对DFB激光器的波长扫描曲线进行拟合,以降低其非线性导致的误差。另外,设置一路标准FBG传感通道用于波长校准。实验研究表明该系统稳定性良好,波长测量范围为1 550.012~1 554.812 nm,分辨力为1 pm,精度为10 pm,验证了该系统可用于FBG波长信号检测的可行性。     

A simple temperature-insensitive fiber Bragg grating displacement sensor

The study on fiber Bragg grating (FBG) displacement sensor based on monitoring the back-reflected power from an array of novelly embedded FBG sensors is presented. The sensor is a uniform FBG with three sections that are embedded in different layer in a composite lamina. Its bandwidth is displacement dependent and hence its reflected power varies almost linearly with displacement and it is insensitive to temperature variation. Thus, only low-cost photodetector (PD) is required to monitor displacement. This study demonstrates a novel fiber sensor, a method of fabricated the same, and a method to achieve simultaneous multi-sensor measurement.