基于保偏长周期光纤光栅的光纤环镜传感器

提出了一种基于保偏长周期光纤环形镜结构的光纤 传感器,可实现对湿度和温度两个参数的 同时测量。采用高频CO₂激光器在熊猫形保偏光纤(PMF)上写入长周期光纤光栅(LPFG),然 后与3dB单模 光纤(SMF)耦合器连接组成光纤环形镜,并在保偏长周期光纤光栅(PM-LPFG)表面涂覆一 层湿敏材料聚乙烯醇(PVA)薄膜用于获得空气的相对湿度。PM-LPFG的谐振峰波长强度和波长同时 随湿度 与温度的变化而变化,实现对外界相对湿度与温度的同时测量,相对湿度和温度的灵敏度分 别为0.17nm/%RH和0.21nm/℃。     

基于倾斜光纤Bragg光栅的横向压力传感器研究

设计了一种基于4°倾斜光纤Bragg光栅(TFBG)和弹 性 材料的横向压力传感器。利用TFBG光谱对周围介质折射率响应的特性,实现了 对较低压力范围(0~7N)的线性测量。采 用快速傅里叶变换(FFT)方法对光谱进行解调,测量灵敏度可达1920 a.u./(N/mm),线性拟 合度为0.998。研究了不同弹性材料对测量灵敏度的影响,实现对测 量范围和测量灵 敏度的调谐。本文传感器工作在反射光谱方式,易于集成(光栅区长度仅5mm),可以植入弹 性材料内部用于协调接触压力的测量。     

基于琼脂薄膜的微型端面光纤F-P湿度传感器

提出了一种基于琼脂薄膜的微型法布里-珀罗(F abry-Perot,F-P)光纤湿度传感器。传感器通过将标准单模光纤插入空 芯玻璃管并在玻璃管端面浸涂琼脂薄膜形成双F-P结构 。当环境相对湿度变化时,琼脂薄膜的体积和 折射率发生改变,从而引起干涉光发生波长偏移。搭建了湿度传感实验系统,对传感器的湿 度传感特性进行了表征,在50%RH—80%RH的相 对湿度范围内实现了高达1.232 nm/%RH的相对湿度测量灵敏度。该传感器尺寸紧凑、成本低、具有较好的线 性 灵敏度,且制备方式简单。     

基于Mach-Zehnder干涉的湿度光纤传感器的研究

介绍了一种可测量相对湿度的March-Zehnder(MZ)干涉的湿度光纤传感器,其传感结构是在两段标准单模之间腰椎放大熔接一段长为15 mm的单模光纤,并在中间的单模部分涂上一层5%的聚乙烯醇(PVA)。PVA的折射率随着环境湿度的变化而改变,从而使包层模有效折射率发生变化。当中间单模光纤周围环境湿度发生变化时,相应干涉峰中心波长也会发生移动,通过测量透射光谱来测量包层周围环境的湿度变化。实验测得该湿度传感器的灵敏度为0.0983 nm/%RH(RH表示相对湿度)。实验也证明基于MZ干涉的湿度光纤传感器具有良好的稳定性等一系列突出的优点。     

一种用于湿度监测的LC无线无源传感器的制备与测试

提出了一种采用丝网印刷和亚胺化工艺制备的LC无线无源技术的二硫化钼(MoS2)/聚酰亚胺(PI)湿度传感器。对比了不同超声时间下的二硫化钼/聚酰亚胺复合材料的湿度敏感性能,得出对湿度最灵敏的材料为超声4 h的二硫化钼/聚酰亚胺材料。测试结果表明,制备的器件在量程10%RH～95%RH内具有较好的频率响应,频率变化值为6.205 MHz;在高湿度范围内(60%RH～95%RH),传感器的灵敏度可达153.59 kHz/%RH。此外,该传感器的响应和恢复时间分别为7.2 s和10.4 s,迟滞性误差约为5%RH且具有较好的稳定性。该传感器可广泛应用于化学合成和矿井环境等领域的湿度监测。     

用于PEMFC的FBG湿度传感器的制作及性能研究

研究了以聚酰亚胺为湿敏材料的光纤Bragg光栅(FBG)湿度传感器并用其对质子交换膜燃料电池(PEMFC)停机过程中内部湿度进行了实时监测。传感器利用聚酰亚胺的湿膨胀效应,实现 了对24.7%－ 98%RH范围内相对湿度的监测。采用腐蚀光纤包层的方法减小光纤包 层直径,实验结果表明,该方法能在 不影响FBG相对湿度传感器灵敏度的情况下,提高对外界环境相对湿 度变化的响应速度。所 研制的FBG 相对湿度传感器灵敏度能达到3.8 pm/RH,线性度达到99.85%,最大回程误差不超过9pm,当环境相对湿 度从50%突变到85%时,经过腐蚀处理后的FBG 相对湿度响应时间仅为15.4 s。将该FBG湿度传感器布置 于PEMFC内部进行停机过程中湿度的实时监测,实验结果表明,所制作的FBG湿度传感器能够 准确地反映PEMFC停机吹扫过程中内部湿度的变化。     

基于TFBG边缘滤波的FBG温度传感器

为了提高系统的温度灵敏度,设计了一种基于倾斜光纤光栅(TFBG)边缘滤波的光纤布喇格光栅(FBG)温度传感器。该系统在常规的TFBG边缘滤波解调系统上引入一个光纤环形镜,将从TFBG透射的光信号反射回来,使其能再次通过TFBG,以增加TFBG透射谱的深度,并对传感光栅进行封装。实验结果表明：封装前和封装后的传感光栅在所测量的温度区间内中心波长的漂移量分别为0.55 nm和7 nm,封装后的漂移量扩大了十多倍;同时,由于TFBG边缘滤波解调传递函数的斜率得到提高,传感器波长解调后的温度灵敏度也得到了改善,是未级联光纤环形镜传感器的1.6～2.4倍。     

基于聚酰亚胺材料的FBG湿度传感特性研究

提出了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)侧面镀膜感湿的新型全光纤湿度计,选取具有高湿敏特性和线膨胀系数(9.432×10-5%RH)的改性聚酰亚胺(PI)作为湿敏材料。通过在FBG侧面涂覆5种不同厚度的PI薄膜,检测厚度对传感器灵敏度和响应时间的影响,实验结果与理论计算符合很好,通过测试,PI薄膜厚为21μm时,传感器的湿度灵敏度为2.67×10-6/%RH,响应时间小于8s,有很好的实际应用前景。     

倾斜光纤光栅传感器研究进展

倾斜光纤光栅传感器(TFBG)作为一种较为特殊的光栅传感器受到了广泛的关注,它除了光纤光栅本身具有的优点外,还具有环境折射率敏感度高、可解决温度-应变交叉敏感问题等其他光纤光栅传感器无法比拟的优点。文章首先概述了TFBG的工作原理,随后从倾角、应变、温度及环境折射率测量等方面阐述了当前TFBG主要研究方向以及研究现状,最后给出了TFBG的研究发展趋势。     

长周期光纤湿度传感器特性的研究

介绍了一种可测量相对湿度的长周期光纤光栅传感器,其原理是在光纤包层外涂上聚乙烯醇(PVA)薄膜,外界湿度变化引起PVA薄膜折射率的变化,从而引起长周期光纤光栅谐振波长的改变,通过测量光纤湿度传感器长周期光纤光栅透射光谱就能得到周围环境的相对湿度.实验证明,涂覆PVA薄膜的长周期光纤光栅湿度传感器具有良好的稳定性和一系列突出优点.     

Relative Humidity Sensor Based on Tilted Fiber Bragg Grating With Polyvinyl Alcohol Coating

A relative humidity (RH) sensor based on tilted fiber Bragg grating (TFBG) is proposed by utilizing polyvinyl alcohol (PVA) as the sensitive cladding film. RH increasing in the PVA coating will result in reduction of refractive index. Due to the TFBG's sensitivity to ambient refractive index, the spectral properties of PVA-coated TFBG are modified under exposure to different ambient humidity levels ranging from 20% to 98% RH. The transmission power of TFBG has different linear behaviors for two different humidity ranges (20%–74% RH and 74%–98% RH), and the sensitivity for each humidity range reaches as high as 2.52 and 14.947 dBm/%RH, respectively. Combining the advantages of optical fiber grating and PVA as a smart material, this design involves simple configuration, low cost, compactness, a small degree of hysteresis, stability, and wide dynamic sensing range as well. Therefore, the sensor could be applied in real-time RH monitoring for normal as well as extremely humid environments.      

基于PI湿敏薄膜的分布式光纤Bragg光栅湿度传感器

研究了基于聚酰亚胺（PI）湿敏薄膜的分布式光纤Bragg光栅（FBG）湿度传感器。传感器利用PI薄膜湿膨胀效应,将湿应变作用于Bragg栅区,从而改变光纤FBG湿度传感器中心波长的原理,实现了对26-98％RH范围内环境相对湿度的监测。通过改进PI湿敏薄膜的制备及涂覆工艺,有效提高了FBG湿度传感器性能,并采取了相应温...     

基于倾斜光纤光栅及其表面等离子效应的折射率传感比较研究(英文)

介绍了倾斜光纤光栅作为折射率传感器的测量原理,给出它的倾斜角8°与中心波长1550nm的反射谱与透射谱,分析了具有表面等离子的倾斜光纤光栅传感机理。为验证折射率传感的可能性与优点,进行了蔗糖浓度溶液的裸倾斜光纤光栅与镀金的倾斜光纤光栅的折射率测量分析,证明镀金后的表面等离子效应倾斜光纤光栅折射率传感器其灵敏度大大增加。     

U-shaped micro-groove fiber based on femtosecond laser processing for humidity sensing

A novel optical fiber sensor with a U-shaped micro-groove structure ablated by femtosecond laser on single-mode fiber for measuring air relative humidity (RH) is reported in this paper. In order to improve the accuracy of sensor, a graphene oxide (GO)/polyvinyl alcohol (PVA) composite film is coated on the surface of micro-groove structure. In the U-shaped micro-groove structure, the remaining core and micro-cavity in the micro-groove make up two major optical propagation paths, forming a Mach-Zehnder interferometer (MZI). The sensor has a good linear response within the RH range of 30%—85%, and the maximum sensitivity can reach 0.638 1 nm/%RH. The effect of temperature on the overall performance of the humidity sensor is also investigated. As a new type of all-fiber device, the sensor shows excellent sensitivity and stability.     

Refractive index sensor based on measuring the transmission power of tilted fiber Bragg grating

A low-cost, compact and practical method to measure the surrounding refractive index (SRI) is proposed by measuring the transmission power of the tilted fiber Bragg grating (TFBG). The transmission power of the TFBG is detected when the SRI varies from 1.3723 to 1.4532; the power decreases monotonously from ?2.14 dBm to ?3.26 dBm. Under this condition, the resolution of the refractive index of TFBG is predicted to be 10^?4 and the resolution of the concentration of the solution is as slight as 0.01%. Considering its simple configuration and high stability, this way is potential to monitor physical, chemical and biological parameters in the natural environments.     

光纤布拉格光栅的折射率传感研究

采用光纤布拉格光栅制备折射率传感器,研究光纤光栅的折射率传感灵敏度与其包层直径之间的关系。理论分析可得,光栅包层直径越小,Bragg波长的偏移量随环境折射率变化的影响越大,这样就能使实验中光栅所反射的LD光功率变化(传感灵敏度)越明显。利用氢氟酸溶液腐蚀光栅包层的方法,得到不同包层直径的光纤Bragg光栅折射率传感器。实验指出,包层直径减小时,光栅可传感的折射率范围会缩小,而其折射率的传感灵敏度却会增大,如包层直径为8.9 μm时,折射率的检测范围为1.3872~1.4730,其最大灵敏度值达到了224.0320 dBm/RIU。     

基于光纤端面回波的流体折射率传感器

从理论和实验上研究了一种操作简单、价格低廉、灵敏度高的折射率光纤传感器。该传感器采用光纤回波强度调制原理,用半导体激光器作为光源,普通光功率计作为光电探测器,传感头为普通光纤端面。根据回波损耗随界面物质折射率不同而发生变化的机制,导出相对回波强度与折射率之间的对应关系。计算证明相对回波强度参量的引入能够有效地消除仪器的不稳定性、内部损耗和环境影响带来的测量误差,提高测量精度。灵敏度分析表明,对于具有0.01dBm的仪器测量精度,相应的折射率分辨率可达2×10-4折射率单位。实验结果表明在液体折射率1.30~1.45的范围内,测量值均能很好地与理论值相符合,且相对偏差低于5%。     

Study on optical fiber multi-parameter sensor

Based on the principle of fiber Bragg grating detection,an optical fiber sensor for detecting wind speed and temperature and humidity in underground space was designed.The designed optical fiber wind speed sensor was based on the thermal flow detection method,which has high sensitivity to low wind speed.For the speed rising from 0 to 0.5 m/s,the wavelength variation is about 800 pm.For the demodulator with sensitivity of 1 pm,the speed resolution is 0.7 mm/s.Fiber optic humidity sensor was fabricated by uniform surface coating of FBG element in polyimide solution,and detection sensitivity of 4.2 pm/% RH was achieved with accuracy less than ± 3% RH.     

基于倾斜光纤光栅的温度不敏感振动传感器

提出了一种基于倾斜光纤光栅与多模光纤相结合的温度不敏感振动传感器,其振动传感头是在倾斜光纤光栅与单模光纤之间加入一小段多模光纤所组成。倾斜光纤光栅的反射光谱有布拉格模和包层模两部分组成,其中多模光纤的作用是将倾斜光纤光栅反射包层模耦合到单模光纤的基模。倾斜光纤光栅包层模对外界振动很敏感,通过传感器的包层模平均输出功率完成对外界振动物理量测量。由于采用强度解调的方式,可以大大降低传感器装置的复杂性。实验表明：当传感器温度从20 ℃上升到70 ℃时,传感器的输出平均光功率均方根误差为0.01 μW,其反射光谱平均输出功率影响很小,故可以避免外界温度对测量结果的影响。     

改进长周期波导光栅折射率传感特性的研究

提出了一种附加高折射率覆盖层的长周期波导光栅折射率传感器结构.通过模拟外折射率变化所引起的高阶模式等效折射率的改变以及该高阶模式与基模相耦合的谐振波长的漂移,研究了长周期波导光栅对外界环境折射率的传感特性.模拟表明,高折射率外覆盖层的加入会使得原有的覆盖层高阶模式发生重组,高阶模式等效折射率和模式耦合的谐振波长随之发生跳变.此时,长周期波导光栅外折射率传感器的敏感度和工作范围将极大地提高.