用于全光纤电流传感器的扭转高双折射光纤设计

传感光纤中的残余线性双折射、温度和振动敏感性严重影响着Sagnac 式全光纤电流传感器的精度。设计了一种可用于全光纤电流传感器的扭转高双折射光纤,该光纤由两端变速率扭转部分和中间匀速率扭转部分组成。其中,变速扭转部分能实现线偏振光和圆偏振光之间的相互转化,具有/4 波片功能;匀速扭转部分,具有较小的光纤固有线性双折射和圆保偏功能,从而可更为精确地感应法拉第效应。将这种扭转高双折射光纤绕制成特殊结构传感光纤环, 解决了Sagnac 效应以及电流导体位置对全光纤电流传感器测量结果的影响。理论上建立了扭转高双折射光纤的耦合模方程,模拟了线偏振光入射该光纤时光波偏振状态演化情况。在此基础上设计一种新型的抗振型Sagnac 式电流传感器。     

高灵敏度级联长周期光纤光栅温度与应变传感的理论研究

根据长周期光纤光栅(LPFG)的温度和应变特性,从理论上设计一种具有更高灵敏度的传感器。将两个具有不同包层参数和周期的长周期光纤光栅串联起来,构成光纤光栅传感器;并对其进行数值模拟,结果表明此传感器具有更高的温度和应变灵敏度,同时能实现双参数测量。对影响传感器灵敏度的因素进行了进一步分析表明光栅包层参数、周期对灵敏度都有一定影响,在其他参数不变的情况下高阶模次的灵敏度高于低阶模次,这一结果能进一步提高灵敏度。     

基于光纤检测技术的扭转敏感微机电系统加速度传感器

为实现微型化、抗电磁干扰、可长时间工作和可远距离传输的加速度传感器,提出了一种基于微机电系统(MEMS)非对称扭镜结构的光纤加速度计设计方案,并利用对角度变化非常敏感的双光纤准直器对扭镜的扭转角度变化进行检测。MEMS光纤加速度计由MEMS非对称扭镜结构、驱动电极和双光纤准直器等组成。分析了器件的加速度敏感原理和光纤检测原理,介绍了器件综合设计考虑,并给出了器件的结构参数。利用MEMS加工技术成功制作了MEMS光纤加速度计样品。对加速度计进行了实验测试,加速度计的输出实验值与理论值吻合。测试结果表明,该加速度计量程为±2g,带宽为600 Hz,分辨率优于10-4 g,且具有良好的线性度和重复性。该MEMS光纤加速度计将MEMS敏感结构与光纤检测相结合,兼备了两者的优点,结构紧凑、制作工艺简单。     

测量多种气体体积分数的PCF传感器结构

为提高气体体积分数传感器的灵敏度、抑制光纤的模间干扰,设计了双通道边孔型结构,利用COMSOL软件建立气体体积分数传感模型的方法和损耗谱分析法,研究不同结构参数和镀膜厚度对光纤气敏特性的影响,进行理论分析和实验验证,调整薄膜材料厚度和光纤气孔尺寸,通过分析光纤双折射变化规律得到最优的各类参数方案。结果表明,该传感器对氢气的探测灵敏度为0.36 nm/%,对甲烷的探测灵敏度为2.89 nm/%,且线性度高。该光子晶体光纤气体传感器具有灵敏度高、响应速度快等优点,还能同时对两种气体进行检测,应用范围广,为研发实际生活及工业领域相关气敏性薄膜和实现一根光纤传感器同时检测3种甚至更多种气体体积分数提供了参考思路。     

多参量一体化光纤传感器及标校系统的研制与开发

提出一种集温度、压力和流量多参数同时测量的新型光纤传感器,并对其原理和结构、工艺设计展开研究工作。采用靶式与悬臂梁结构相结合的机敏结构、薄壁压力应变筒结构等集成在同一传感器探头上,并利用四只光纤光栅使得温度、压力和流量三个参数得以同时检测。利用光纤光栅两两之间波长移动量相差或相和,使温度与流量、压力交叉敏感问题得以解决。同时开发了光纤传感器标校系统,这一系统可以较准确实现对所研发的多参量一体化传感器的测试结果进行检测和标校。     

光纤倏逝波化学传感器灵敏度特性研究

为了克服传统光纤化学传感器的不足,运用宽光谱分析法设计一种基于倏逝波原理的光纤化学传感器,研究了传感器的几何结构参数,溶液浓度与灵敏度的关系。运用光束传播法(BPM)分析传感器几何结构参数与灵敏度的关系;通过化学腐蚀方法制备出不同参数结构的传感器,并用不同浓度亚甲基蓝溶液对这些传感器进行实验验证。实验结果表明,模拟结果与实验结果相符,溶液浓度越大,传感区纤芯越细、越长,灵敏度越高;文章提出的光纤倏逝波化学传感器在水质检测方面有着潜在的应用。     

一种基于磁扭转的微镜电流传感器力学特性分析

提出一种通过扭转引起光强变化来检测电流的磁敏传感器结构,包括扭转微镜结构和光检测部分。分析了传感器的磁敏原理和力学理论,根据结构设计综合考虑给出了传感核心部件的结构参数,通过仿真获得不同电流下扭转力矩与扭转角度、各结构参数的关系曲线,最后通过实验验证了分析的干扰信号的合理性,所要测量的交变电流信号跟测得的光强信号成正比,表明该电流传感器具有一定的实际应用价值。     

新颖补偿型光纤接近觉传感器结构参数优化的研究

简要介绍了一种新颖的具有对强度干扰进杆补偿的光纤接近觉传感器，重点研究基于传感器受结构参数变化影响最小的多目标优化模型，并得到传感器的最优结构参数，它对传感器的设计具有重要指导意义。     

新型光纤光栅传感器的设计

论述了光纤光栅传感器的传感机理.从单参数、双参数及多参数传感的角度,深入研究了光纤光栅传感器的设计方法.探讨了光纤光栅敏化与封装技术.举实例阐述了新型光纤光栅传感器的设计方法及实现途径.     

双包层光纤微弯传感器及其暗场检测技术研究

提出一种基于双包层光纤和耦合器的双包层光纤微弯传感器结构及暗场检测方法.通过理论和仿真分析,建立了双包层光纤弯曲损耗的理论模型;通过对光纤结构参数与传感器灵敏度关系的仿真,获得了实验用光纤最佳结构参数;理论和仿真分析了变形器的最佳周期、齿间距和齿数问题;对双包层光纤微弯传感器及其暗场检测方法进行了实验研究,结果显示,传感器输出光场与光纤形变之间有着较好的线性关系.     

Long period fibre grating torsion sensor measuring twist rate and determining twist direction simultaneously

A fibre-optic torsion sensor based on a long-period fiber grating written by high-frequency CO/sub 2/ laser pulses is proposed and has been demonstrated. Such a torsion sensor cannot only measure the applied twist rate directly, but also determine the twist direction simultaneously.     

新型双向可调光纤扭转传感器的设计与实现

提出一种新型多模光纤扭转传感器的基本原理和传感结构,推导了扭角传感的理论公式,该传感器的扭角与多模光纤的功率损耗呈线性关系。在±40°扭角范围内,技术上实现了灵敏度为0.375dB/deg.的双向对称线性扭转传感;在双向非对称线性扭转传感中,获得了0.592dB/deg.的灵敏度。     

Corrugated long-period fiber gratings as strain, torsion, andbending sensors

We present a novel corrugated long-period fiber grating whose transmission spectra are highly sensitive to the applied tensile strain, torsion, and bending due to the periodical index modulation created and changed by these mechanic forces. The induced index modulation can also be experimentally characterized by using a built-in fiber Bragg grating (FBG). The long period fiber gratings possess the following unique properties when used as sensors. As a tensile strain sensor, its resonance loss varies but resonance wavelength remains stable. As a torsion sensor, the wavelength varies with the applied twist rate. As a bending sensor, the cladding-mode resonance grows with the bending curvature     

In-Fiber Twist Sensor Based on a Fiber Bragg Grating With 81° Tilted Structure

We report a strong polarization dependent coupling behavior of fiber Bragg gratings with excessively tilted structures up to 81deg. This unique property has been utilized to implement a novel twist sensor, showing high torsion sensitivity. The twist induced light coupling interchange between the two birefringence modes makes it possible to interrogate such a sensor using low-cost intensity demodulation technique     

免受温度影响的光纤光栅线性扭转传感器

设计了一种新颖的组合式扭梁传感结构 ,利用外直径相等的实心梁与空心梁界线两侧应变分布的差异 ,将一定长度的光纤光栅沿与轴向呈一定角度刚性粘贴于界线的表面 ,通过测量界线两侧光纤光栅反射波长的差值 ,首次实现了免受温度影响的光纤光栅扭转传感测量。理论分析和实验结果证明 ,该传感装置能够自动消除扭转传感与温度的交叉敏感效应 ,界线两侧光纤光栅反射 (或透射 )波长漂移的差值对扭角、扭矩及扭力 (力臂一定时 )均呈线性关系 ,与温度变化无关。在± 4 0°扭角范围内 ,扭角、扭矩的传感灵敏度分别达到 0 0 92nm degree ,2 0 76nm Nm。     

Optical fiber sensor by cascading long period fiber grating with FBG for double parameters measurement

An optical fiber sensor for strain and temperature measurement based on long period fiber grating (LPFG) cascaded with fiber Bragg grating (FBG) structure has been proposed and realized both theoretically and experimentally. Theoretical analysis shows that two microstructures with similar sensitivities cannot be used for double parameters measurement. The LPFG is micromachined by the CO2 laser, and the FBG is micromachined by the excimer laser. For the validation and comparison, two FBGs and one LPFG are cascaded with three transmission valleys, namely FBG1 valley at 1 536.3 nm, LPFG valley at 1 551.2 nm, and FBG2 valley at 1 577.3 nm. The temperature and strain characteristics of the proposed sensor are measured at 45—70 °C and 250—500 με, respectively. The sensitivity matrix is determined by analyzing wavelength shifts and parameter response characterization of three different dips. The proposed optical fiber sensor based on LPFG cascaded with FBG structure can be efficiently used for double parameters measurement with promising application prospect and great research reference value.     

磁扭转微镜光学电流互感器设计

设计了一种复合结构磁扭转微镜光学电流互感器 (OCT),采用光强度归一化数据处理技术, 消除了强度型OCT受环境变化和光源波动等的影响,得到了线性度很好的传感器 响应曲线。通过 耦合效率与微镜扭转角度仿真曲线,获得准直器端面与微镜的距离的合适值。检测电路采用 双光纤准直器光检测技术,实现电流-光强度的传感检测。接收光信号处理后,对 50Hz交变 电流的测试实验结果表明,在5～50A电流范围内,当光源光强度下 降3dB和光纤衰减器 变化3dB的情况下,传感器输出信号响应灵敏度均保持为0.034/A, 并且基本不随被测电 流变化影响,输出响应非线性误差小于±1%,获得良好的输出线性响应曲线。     

本征法布里-珀罗腔光纤压力传感器理论研究

建立了光子晶体光纤(PCF)型本征法布里-珀罗(F-P)腔光纤压力传感器压力响应理论模型,讨论了各参数对压力响应灵敏度的影响,给出了Matlab程序理论模拟结果。鉴于PCF焊接工艺的困难,提出了利用外径不同的单多模光纤熔接构成的改进型单多模光纤复合本征F-P腔光纤压力传感器结构,建立了压力响应理论模型,分析了提高压力响应灵敏度的关键参数,并模拟了光纤外径对压力响应灵敏度的影响。通过对两种本征F-P腔光纤压力传感器的比较分析看出,改进型结构无论在压力响应灵敏度还是制作难易度方面都颇具优势。     

差动式光纤微弯传感器

设计了一种新型的差动式光纤微弯传感器,并对传感器的位移特性和应变特性进行了实验研究。该传感器的特点是不仅可以测量位移、应力、应变等参量的大小,还可以判断参量的方向,且灵敏度比单一传感器增加一倍。实验证明,通过在传感器中加入变形齿限位装置和光纤定位槽,大大改善了差动式光纤微弯传感器的敏感性能和实用性。     

Novel fiber-optic sensors based on long-period fiber gratings written by high-frequency CO/sub 2/ laser pulses

In this paper, we report a novel long-period fiber grating (LPFG) fabricated by using a new writing technique that is mainly based on the thermal shock effect of focused high-frequency CO/sub 2/ laser pulses at several kilohertz. A number of unique characteristics of such a LPFG, such as bend, torsion, and transverse load, are observed by experiments, for the first time, to our knowledge. Based on these unique features, a novel bend-insensitive LPFG sensor that could solve the problem of cross-sensitivity between bend and other measurands, a novel torsion sensor that can realize absolute measurement of twist rate, and a load sensor that can achieve simultaneous measurement of transverse load and temperature using a single LPFG element are proposed and demonstrated. These unique features of the LPFGs are mainly due to the asymmetrical distribution of the refractive index on the cross section of the LPFG induced by high-frequency CO/sub 2/ laser pulses.