双斜槽式纵扭转换型超声波电机的实验研究

研制了两台双斜槽结构(A型和B型)的纵扭模态转换型超声波电机样机,针对其输出特性进行了对比实验研究。通过激光转速表测量了电机样机的输出转速,分析了工作频率、驱动电压、预压力对电机样机的输出转速的影响。实验结果表明:斜槽结构是影响这种模态转换型超声波电机输出特性的关键因素。在相同谐振频率37.7kHz,工作电压100V和预压力0.21N下,A型双斜槽电机样机的最高转速为87r/min,B型双斜槽电机样机的最高转速为135r/min。     

基于马赫-曾德尔干涉的温度和应变同时测量的光纤传感器研究

提出了一种基于马赫-曾德尔干涉的温度和应变 双参数同时测量的光纤传感器,其结构是在单模光纤(SMF)上分别熔接两 个球形结构并在SMF光纤中间熔接一段细芯光纤(TCSMF)。利用光纤的纤芯 模、包层模对温度、应变的灵 敏度差异,通过检测不同级次的干涉谷的特征波长位移变化,结合敏感矩阵实现了对温度、 应变双参数的 同时测量。实验选取位于波长1545.1nm554.8nm处的干涉谷进行温度和应变的同时测量,测 得两个波谷 的温度灵敏度分别为53.86 pm/℃和47.51pm/ ℃,两个波谷的应变灵敏度分 别为0.75 pm/με和1.39pm/με,并且不 同级次干涉波谷的波长位移量与外界温度和应变具有良好的线性度。     

高稳定大量程复合光纤干涉位移测量系统研究

为了使位移测量系统达到大量程、高分辨率,采用复合光纤干涉的方法,进行了理论分析和实验验证。利用光纤光栅作为反射镜,构成两个干涉光路几乎共路的光纤迈克尔逊干涉仪。其中一个光纤迈克尔逊干涉仪通过反馈控制补偿环境干扰对测量系统的影响,使测量系统适合在线测量;另一个干涉仪用于完成测量工作。两个不同波长的光同时作用于完成测量的干涉仪中,测量量程由两个波长的合成波干涉信号确定,使测量量程大于1mm;测量分辨率由其中一个单波长干涉信号确定,测量分辨率小于1nm。结果表明,这种基于复合光纤干涉仪的位移测量系统可以实现大量程、高稳定的位移在线测量。     

多模光纤速度干涉仪的研究

针对传统的全单模光纤速度干涉仪在进行爆炸冲击试验中，前端的单模准直器难以有效的收集高速运动的物体的漫反射光，提出了全多模光纤速度干涉仪的装置，利用超辐射发光二极管取代传统速度干涉仪光源，初步验证了全多模速度干涉仪的可能性。主要阐述了全多模速度干涉仪的原理和结构，并将其与全单模速度干涉仪在喇叭振动速度的试验中进行比较，取得了一致的结果，验证了其测量速度的可能性。     

融合双波及单波干涉的光纤位移传感系统研究

研究一种融合双波长干涉及单波长干涉的大跨距高精度光纤位移传感系统。两种波长不同的光波同时作用于光纤干涉仪中,基于波分复用技术,利用光纤光栅分离双波长干涉信号和单波长干涉信号。利用双波长干涉信号决定被测位移的幅值,使最大测量跨距扩大至毫米量级。在本系统选定的两个激光波长(分别为1 557.32nm和1 558.52nm)下,最大测距为0.5mm,通过恰当地选用传感系统中的两个激光波长,可获得更大的测距范围;利用单波长干涉信号高精度地测量位移,使系统保持单波长干涉测量精度高的优点。     

双孔光子晶体光纤光学电压传感方案研究

设计了一种基于双空气孔光子晶体光纤(PCF)模间干涉的光学电压传感的实验方案。用缠绕了双孔光子晶体光纤的石英晶体作为电压传感头,在被测高压电场的作用下,双孔光子晶体光纤的长度因石英晶体的逆压电效应形变而受到调制,进而可以改变模间干涉输出两个边瓣的光强分布,对两个干涉输出边瓣进行探测实现对高电压的测量。在低压端用一个缠绕了双孔光子晶体光纤的压电陶瓷(PZT)来调整模间初始相位差,使之处于正交状态。实验结果表明,在实验室条件下能获得0.5%的测量精度,具有很好的线性度。     

多芯光纤构成的温度与折射率同时测量的光纤传感器

本文设计了一种“单模光纤－多模光纤－多芯光纤－多模光纤－单模光纤”的全光 纤 Mach-Zehnder干涉仪结构。在该结构中多模光纤充当耦合器,不同模式的光在多芯光纤中 传输时将 产生光程差,形成Mach-Zehnder干涉。当环境温度和折射率变化时,通过分析干涉仪透射 光谱中不 同谐振峰的漂移量,实现折射率与温度的测量。实验结果表明,传感器低温灵敏度最高达到 46.0 pm/℃, 高温灵敏度最高达到109.0 pm/℃,折射率灵敏度最高达到54.3 nm/RIU(RIU为折射率单位)。另外, 通过同时监测传感器透射谱的两个谐振峰值波长随环境温度和折射率的漂移情况,实现了环 境温度 与折射率的同时测量,不存在交叉敏感。该传感器结构简单、制作容易、重复性好、响应稳 定、具 有多路复用功能,在传感领域有广泛的应用前景。     

基于SCBSS信号处理技术的SMS多参量光纤传感系统

基于单通道盲信号分离技术(Single Channel Blind Source Separation,SCBSS)及单模-多模-单模(Single-mode-Multimode-Single-mode,SMS)光纤结构的模间干涉理论,提出了一种多参量光纤传感技术,实现了振动与应力、振动与温度的同时测量。在振动与应力同时测量时,振动频率误差为0.17 Hz,分离出的应力信号与实验操作吻合。在振动与线性降温、自然升温同时测量实验中,振动频率误差均在0.60 Hz以内。线性降温时,温度误差在7.13%以内;自然升温时,温度误差在8.03%以内。该方法结构简单,成本低廉,精度高,可推广用于其他光纤传感系统,实现多参量同时测量。     

双环形腔复合瑞利后向散射式光纤转动传感特性

基于A.Kung等所提出的后向瑞利(Rayleigh)散射式光纤转动传感原理,提出了一种双环形腔复合的Rayleigh后向散射式光纤转动传感器(RBFORS)新结构.利用两个2×2单模光纤耦合器,建立了复合双环形腔Rayleigh后向散射式光纤转动传感器的理论模型.通过计算机仿真,给出了用光时域反射计(OTDR)探测到的光纤转动传感器输出信号的特性,利用优化的环长和分光比两结构参量,分析了模拟结果.选择双环的长度分别为1500 m和1078 m,2×2光纤耦合器的耦合系数分别为95.23%和94.88%构建了测试系统,对不同转速所探测到的Rayleigh后向散射信号进行测量,得到了实验结论与理论相一致的结果.双环的采用,提高了测量信号的强度,增加了测试的有效数据,使其更有利于识别,提高了转速测量的精度.     

多光纤全息干涉法制作光子晶体

全息干涉法是一种结构简单、快速的光子晶体制作方法。多光纤干涉法无需使用扩束和分束装置,进一步简化了装置的构成。文中理论模拟了双光纤和三光纤干涉所形成的全息光子晶体结构,并考虑光纤强度的不均匀对光子晶体晶格结构的影响。实验上采用双光纤和三光纤干涉装置实现了光子晶体结构的观察和记录,并与理论结果进行比较,实验与理论吻合的很好。而且,在此方法的基础上,精密控制光纤出射端的位置进行扫描光刻,可以实现不同周期、不同尺寸的大面积光子晶体的制作。     

光纤器件偏振特性的全光纤测试系统

利用单模光纤（SMF）扭转双折射较小的特征,设计了全光纤偏振测试系统.用琼斯矩阵方法给出了系统的工作原理,分析了其测试精度.实验表明,用消光比（ER）为50 dB的保偏光纤（PMF）偏振器和角度分辨率为5000 step/rotation的伺服电机组成的全光纤偏振测试系统具有大于40 dB的ER测量范围以及0.05 dB的测量精度.该系统克服了用分立元件组成的传统偏振测试系统重复性不高、稳定性不好的缺点,并具有结构简单、操作容易等优点.     

激光双截面转速波动法监测转轴动态扭矩

基于激光多普勒效应和转动动力学原理,提出一种直接监测转轴动态扭矩的新方法,并建立了数学模型。通过构造光学测试系统使4束高相干激光投射到转轴轴段两截面上4点,具有多普勒频移的反射光在光电探测器上发生混频,光电流频差正比于角速度。测得相邻时刻两截面的瞬时转速,得到轴段转速波动值及两端面相对转速波动值,进而实现转轴动态扭矩的直接监测。实验验证了该方法的可行性。与传统方法相比,该方法实时性强,具有较宽的动态范围,对动态扭矩的识别值提高了5%~10%,反映了转轴扭矩波动的动态特性。     

基于双光纤布拉格光栅的流速传感器

设计了一种基于双光纤布拉格光栅的新型流速传感器,它包括双光纤光栅压强传感机构和文丘里管.导出了双光纤布拉格光栅的波长漂移差与流速的关系.压强传感机构中的密闭铝箔管横截面两边的压力差导致等腰三角形悬臂梁变形,从而导致安装在悬臂梁两边的光纤布拉格光栅的布拉格波长漂移.通过检测两个布拉格光栅的波长漂移差,得到被测流体的流速.双光纤布拉格光栅通过补偿温度效应,解决了光纤布拉格光栅传感器的交叉敏感问题.该流速传感器的动态测量范围为8～200mm/s.实验表明,双光纤布拉格光栅的中心波长随流速的增加分别向长波和短波方向漂移,而带宽几乎不变,实验和理论符合得较好,该设计方案是切实可行的.

Abstract：

By using the fiber grating pressure sensing setup and Venturi tube,a novel flow velocity sensor based on double fiber Bragg gratings (FBGs) is proposed.The relationship between the flow velocity and the wavelength shift difference is derived.The pressure difference of the two sides of the cross section of the aluminum foil tube in the pressure sensing setup results in the distortion of an isosceles triangle cantilever structure.And the distortion results in the Bragg wavelength shift of the FBGs mounted at either side of the cantilever.By monitoring the wavelength shift difference of the two FBGs,the flow velocity can be obtained.The cross sensitive problem can be solved by compensating the temperature effect.Experimental results are in good agreement with theoretical analysis.The central wavelength of two FBGs shifts to the shorter and longer wavelength respectively with the rise of the flow velocity,while the bandwidth is almost unchanged.The experimental results verify the feasibility of the proposed sensor with a measurement range of 8~200 mm/s.     

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.     

光纤甲烷气体检测系统的研究

在分析甲烷分子近红外吸收光谱特性的基础上,利用通用的发光二极管为光源,实现了对甲烷气体的检测。系统采用双光路、双波长来解决光源功率波动光纤损耗等问题,在接收端采用旋转双色滤光器和单探测器消除了双光电器件的漂移对测量结果的影响。理论和实验证明,这些措施有效地提高了系统的灵敏度和稳定性。     

海洋一号卫星水色仪步进电机的角速度振动特性研究

本文以海洋一号卫星水色扫描仪的转动机构为模型,设计了用以进行状态模拟的角速度振动试验,分析了步进电机的振荡机理,建立了步进电机 角速度振动条件下电机运动状态的数学模型,并进行了不同参数条件下的计算机仿真。结果表明,步进电机在角速度振动环境下会产生耦合振动,造成工作状态变差。     

An Enhanced Optical Multimode Fiber Sensor Based on Surface Plasmon Resonance With Cascaded Structure

A cascaded side-polished multimode fiber sensor based on surface plasmon resonance (SPR) is proposed. The sensing area is a multimode optical fiber in which half of the core has been polished away and a 40-nm gold thin film is deposited on to the polished surface. The cascaded structure is demonstrated in the small difference variation of the refractive index between the two solutions, deionized (DI) water and phosphate buffered saline (PBS). The transmitted intensity of SPR fiber sensor in dynamic measurement between single SPR fiber structure and the cascaded structure achieved to increase the variation from 73% to 58% for DI water and 70.5% to 53% for PBS, and enhance the difference between DI water and PBS from 2.5% to 5% is obtained in the experiment. The stability and the double variation to enhance the high sensitivity of the intensity measurement is achieved to be 2 times 10^-5 refractive-index units.     

1.06 μm多普勒激光雷达的低对流层风场测量

介绍了一套基于双边缘检测技术的1 064 nm Mie 多普勒测风激光雷达系统。采用Farbry?蛳Perot标准具作为频率检测器，分析了风场中大气气溶胶运动造成的多普勒频移。利用转盘硬目标的速度校准系统对接收机校准，在±40 m/s的径向速度范围内，校准精度小于1％。给出了从2006年4月23日起连续八天的风场测量结果。     

一种振动测量仪的设计

提供一个振动测量仪通过安装在与电机轴向正交的水平方向和垂直方向的两个振动传感器,测量由电机拖动的旋转设备在轴向的振动,具有现场实时显示和报警功能,并通过蓝牙模块与上位机通信,上位机具有数据显示、保存、回放等功能,该振动测量仪适用于复杂的安装环境。