一种涂覆水凝胶的模间干涉型光纤pH传感器

为了实现pH值测量的微型化和智能化,提出了一种涂覆水凝胶的模间干涉型光纤pH传感器,满足了对光纤pH传感器结构紧凑、灵敏度高、稳定性好的需求。模间干涉型光纤干涉仪采用标准单模光纤错位熔接制得,对干涉仪进行拉锥提高其对外界折射率的响应灵敏度。将水凝胶涂覆在拉锥后的光纤干涉仪表面,当传感器周围pH值变化时,会引起感应区折射率的变化进而引起传输光谱发生变化,通过测量干涉仪光谱的漂移即可得到对应溶液的pH值。实验结果表明,传感器拉锥8 000μm后在pH值为1.88～7.61的测量灵敏度为0.76 nm/pH,线性相关系数为0.994。所提出的传感器pH值测量范围广、灵敏度高且成本较低,在pH值检测中具有广阔的应用前景。     

基于微结构光纤的温度传感器研究

对基于模间Mach-Zehnder干涉式、Michelson干涉、F-P干涉和荧光等原理的微结构光纤温度传感器开展了较为系统和深入的研究，建立了相关理论，研制出了一系列新型光纤温度传感器及其功能器件.展示了一种新型的多参量荧光光纤有源温度传感器，并建立一种新的信号处理方法；利用液体填充微结构光纤制作出的在线式、全光纤Mach-Zehnder干涉式温度传感器，敏感度达–1.83 nm/℃；利用全固态光子带隙光纤内的高阶导模来制作结构紧凑的Michelson高温传感器，传感头尺寸仅为1.03 mm；基于柚子型小纤芯微结构光纤制作了微腔F-P高温传感器，温度的灵敏度为17.7 pm/℃，测量温度达1 000℃.     

面向应用的光纤氢气传感技术

光纤类氢气传感器因基于光学原理,具有本质安全和无电磁干扰的特性,成为氢气传感器研究的热点,在电力设备健康监控、氢能源应用、地震监测等领域均有迫切需求.依照光纤类氢气传感器的类型,分别综述了微镜型、干涉型、消逝场型、光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)型等4种不同光纤类氢气传感器的原理和研究进展.详述了近几年在光纤类氢气传感领域的工作,包括应用于高浓度氢气监测的钯合金型光纤氢气传感器、应用于中低浓度氢气报警的掺铂三氧化钨型光纤氢气传感器、应用于超低浓度痕量监测的三氧化钨-钯-铂纳米复合薄膜型光纤氢气传感器.对比3种技术方案的研究现状,分析需要解决的问题并对应用前景进行了展望.     

毛细管光纤传感器研究进展

石英毛细管由于在材料方面与光纤具有天然一致性,被广泛应用于各种结构和功能的光纤传感器中.首先给出光纤和毛细管的模式特性和熔接工艺,在此基础上介绍干涉型毛细管光纤传感器的研究进展,包括法布里-珀罗型、多模干涉型、反谐振型3种形式.接着介绍微腔结合的毛细管光纤传感器研究进展,包括多模光纤-微球腔和锥形内壁毛细管微腔.毛细管具有中空结构且其圆柱结构能够支持回音壁模式.最后介绍毛细管光纤传感器的最新研究进展.     

光纤光栅三维拉力传感器设计

基于光纤光栅传感技术设计了一种用于监测变电站套管受力状态的光纤光栅三维拉力传感器.通过有限元仿真和实验测量结合的方式,实现了三维拉力传感器解调的设计和测试,在3个方向的灵敏度为0.01～0.02 με·N^-1.对传感器进行加载测试,测试结果与加载结果基本一致,在600 N加载范围内平均误差为5.13%,光纤光栅三维拉力传感器能够实现对三维拉力的准确测量.     

金属薄膜/波导薄膜包覆光纤端面SPR生物传感器的研究

提出了一种由高折射率纤芯/波导层/金属薄膜包覆层/被检测物层构成的四层结构表面等离子共振光纤生物传感器．对其研究发现：这种传感器能够很好地感应待测物的折射率,与三层薄膜结构光纤 SPR 传感器相比其衰减峰非常尖锐,这说明其损耗小且分辨力高, 适合长距离、高精度、高分辨力场合的测量,对生物医学中的免疫反应实时检测及表面显微技术的研究具有重要的意义．     

用于结构整体与局部健康监测的光纤超声传感器

本文提出并展示了两种光纤超声传感系统,一种是基于菲索干涉仪的结构,另一种是类萨格奈克干涉仪的结构.当系统中光纤传感器采用长跨度光纤时,可实现结构整体内部是否有微裂纹所导致超声发射的情况监测.系统中的光纤传感器部分也可以选用一段短光纤或绕成一个光纤环,从而实现单点的局部探测.文中分析了作为传感的光纤与超声的相互作用.实验上,将1 m长的光纤作为一段直线传感器和绕成光纤环形点传感器分别埋入混凝土试件中,进行了10、25和50 kH超声测量实验.结果表明,这两种光纤传感器均具无损检测的应用潜力.尤其是长尺度光纤传感器更适合于监测大尺度混凝土建筑结构的由于内部微裂纹的发生及其发展情况,对于评估结构的健康状况具有十分重要的意义.     

光纤法珀传感解调方法研究进展

光纤法珀传感器是目前发展历史最长、应用最普遍、技术最成熟的一种光纤传感器，广泛应用于各类极端复杂的环境中，对其传感信息进行准确解调是实现高精度测量的关键。首先对光纤法珀传感技术的发展历程进行了回顾和评述，接着介绍了光纤法珀传感器的类型和基本传感原理，对光纤法珀传感器解调方法的研究进展进行了阐述，从强度解调和相位解调两方面分别介绍了强度解调法、光谱解调法和低相干干涉解调法。最后总结了各类解调方法的应用特点，为光纤法珀传感器高精度快速解调的研究与应用提供参考。     

拉锥光纤传感技术

拉锥光纤传感技术作为一种新兴的传感技术,在电力、石油化工、生化、航空航天、环保、国防等领域有着重要的应用价值并逐渐成为当前国际上的研究热点之一.与普通光纤相比,拉锥光纤的模场直径为微米或纳米量级,极大地增强了光在光纤中传输时的倏逝场,从而显著提高此类光纤传感器的灵敏度及响应速度,缩小了光纤传感器的尺寸,使其在传感应用中更具优势.该文分析并讨论了拉锥光纤传感器的理论基础、关键技术及相关应用.主要内容包括:1)阐述了微米光纤耦合传感器的原理、制备工艺及折射率和温度传感特性.2)讨论了单模-多模-单模及单模-拉锥多模-单模光纤结构的传感原理并实现了一种基于单模-拉锥多模-单模的高灵敏度折射率传感器.3)为拓展拉锥光纤传感器的应用范围并提高其空间分辨率,发展了一种半拉锥光纤传感器微探头.4)介绍了拉锥光纤在光通信及微操纵等方面的应用.     

应用光纤光栅传感器监测弹性材料内部应变

通过添加调试剂,使光纤光栅与弹性材料牢固地接触,利用此种方法将两个连接的光纤光栅传感器正交埋置在弹性材料模块中.对模块施加外力,引起光栅的布拉格反射光的波长发生变化.通过对波长漂移的观测,实现该材料内部应变的检测,并测量出材料的泊松比.实验结果与理论预期基本一致,表明此埋置方法可实现FBG传感器对弹性材料的内应变进行有效地监测.     

暂态地电位测试新方法

基于暂态地电位、局放测量技术,设计并制作暂态地电位测量传感器。使用信号发生器和示波器,对该传感器的性能和灵敏度进行测试,根据测试数据分析,对传感器加以改进。应用该传感器对GIS的局放信号进行测量,并对测量结果进行记录和分析。暂态地电位测量法对高压电气设备、封闭式高压开关等进行局部放电在线监测,实时采集暂态电压脉冲信号,判断被检测设备的绝缘状态,以便及时消除设备缺陷和隐患。     

电力系统测温中光纤光栅的应用研究

电力系统发生的火灾大部分是温度过高造成的,当前的火灾探测器只能实现已发火灾的探测,如果有一种装置能够对电气设备的温度变化进行实时跟踪,并给出必要的报警信号,将能实现电力系统火灾的有效预防,光纤光栅传感器的出现为这一设想的实现提供了依据.相对于传统的测温系统,光纤光栅测温系统具有故障检测与维护方便、受光源功率波动的影响较小,使用寿命长、信息共享等优点,其应用领域主要集中在电力电缆表面温度的测量、汽轮机内部湿蒸汽测量、高压开关柜隔离触头温度检测等.对光纤光栅测温系统进行深入研究,有助于提高火灾探测器性能,从而达到有效预防电力系统火灾的目的.     

波长编码型光纤传感器高精度解调技术研究进展

介绍了波长编码型光纤传感器高精度解调技术的最新研究进展,所涉及的解调技术能够实现对波长编码型光纤传感单元阵列的亚纳应变级分辨率的测量能力.首先回顾了光纤光栅应变传感技术,分析了高精度光纤应变传感器所选用的敏感元件;然后介绍了前馈式扫频激光线宽压缩技术和闭环轮询式探测技术,详述其理论原理、实现方案、性能指标;最后介绍了基于上述技术实现的高精度光纤应变传感系统实现地壳形变观测的应用实例,为各类高性能光纤传感器的研究与应用提供参考.     

光纤传感器及其应用

光纤传感器以其极高的灵敏度和精度、固有的安全性、抗电磁场干扰、高绝缘强度、耐高温、耐腐蚀、质轻、柔韧、宽频带、集传感与传输于一体、能与数字通信系统兼容等突出特性广泛应用于机械、电子仪器表、航天航空、石油、化工、生物、医疗、环保、电力和军事等领域。一、光纤传感器的优点光纤传感器相比于其他传感器有着不可比拟的优越性。１ 光纤传感器和它的连接均由玻璃等绝缘材料制成 ,不存在电干扰问题。２ 光纤传感器很牢固。光纤玻璃的抗拉强度比钢都高。３ 光纤传感器的直径很小 ,重量很轻 ,可以用传统的表面处理技术和粘结剂极容…     

光纤加速传感器在地震监测中的应用研究

地震监测与预报对传感器的灵敏度、频率范围及抗干扰能力都提出了更高要求。本文将结合地震光纤加速度传感器的基本原理,从应变传感模型和温度传感模型的分析中,探讨加速度传感器在光纤通信系统中的应用,并提出一种与纵向传感器相似的横向光纤加速度传感器构造方法,来提高地震监测的可靠性。     

空间积分光纤应变传感器用于智能结构的振动检测

研究了空间分布的光纤应变传感器及其在振动检测中的应用,其原理是由结构的各种振型的分析,选择对不同模态具有不同灵敏度的传感光纤分布方式,以偏振光纤制成的此类传感系统成功地使用在受到外部随机激励的电流变结构的检测和控制中。     

基于纳米粒子的光纤LSPR传感器用于检测超级电容器电极表面电荷状态

随着环境问题日益严重,具有环保清洁特质的超级电容器等新能量存储设备得到广泛关注.因此,对于实时灵活地评估能量存储器件的运行机理和充电状态(State of charge,SOC)仍然具有挑战性.电化学分析法是研究电极反应机理和电极过程动力学的重要方法,但有时不能实时在线监测内部电极的表面电荷状态.透射电子显微镜和X-射线衍射仪等检测设备由于体积庞大和价格昂贵等原因,限制了对超级电容器的原位监测的发展.提出了一种灵活便携的光纤局域表面等离子体共振(Local surface plasmon resonance,LSPR)探针,用于超级电容器内部电极的电荷量实时在线分析.将负载金纳米粒子的反射式光纤LSPR传感器贴合超级电容器电极表面,结果表明,此结构可以灵敏地监测超级电容器充放电过程中的电极表面电荷状态;通过与传统电化学工作站的结果比较,该方法得到的电荷状态与实际电荷量具有良好的线性关系,有效拓展了光纤传感器在能量检测领域的研究与应用.     

表面贴装光纤应变传感器设计

导出了任意应变场中任意形状的单模光纤中传输光的相位变化关系，在此基础上提出了表面贴装干涉型光纤应传感器的一种新的设计方法，可用于任意类型应变与应力场中考察点处的应变或应力测量．     

光纤白光干涉传感技术的发展与应用

应变、形变和温度一直是智能材料或智能结构中最感兴趣的重要参量,光纤白光干涉技术为这些参数的监测提供了有效的测量方法。基于Michelson,Mach-Zehnder和Fizeau干涉仪的基本结构。结合白光干涉光程匹配技术,可实现对多传感器的解调和问询,从而很方便的实现多路相干复用。回顾了近几年来这一技术的发展,并介绍了作者的一些工作,给出了若干多路复用系统的光学结构。     

微结构光纤分布式传感技术实现油井压裂监测

提出了一种使用聚酰亚胺涂敷、低羟基高纯石英玻璃微结构的散射增强型微结构光纤,用于监测和评估油井开采中水力压裂技术的过程与效果,该光纤对高温、高湿度、富氢环境有较好的耐受力。通过分布式传感系统测量了该光纤的散射增强效果,当光纤损耗为3 dB/km时,测量精度可以提高2~5倍,在实际油井压裂监测中,微结构光纤分布式传感系统数据结果显示,可以对压裂效果实现监测并进一步指导压裂和暂堵工作。