光纤光栅传感器应力补偿及温度增敏封装

针对光纤光栅温度传感器的交叉敏感问题,提出了一种光纤光栅温度传感器的铝盒封装工艺,并对铝盒封装光栅温度传感器的温度和应力特性进行了理论分析和实验研究.研究表明,该封装有效地减小了光纤光栅的应变灵敏性,并将光纤光栅的温度灵敏度提高到裸光栅的1.8倍.     

光纤光栅金属化封装及传感特性试验研究

提出了一种光纤布拉格光栅的金属化封装工艺,并通过水浴法试验和等臂梁试验对其应变与温度传感特性进行了研究.结果表明,用金属化封装技术可以使光纤光栅传感器的温度敏感特性达到裸栅的2～3倍,达到23.357 pm/℃,应变特性有良好的重复性,线性拟合度达到0.999 9.     

高温光纤布拉格光栅“T"型应变片技术研究

对一种适于300℃高温环境下应变检测的光纤布拉格光栅应变片技术进行了研究。选用聚酰亚胺涂覆层光纤制备了耐高温光纤布拉格光栅,并对制得的高温光纤布拉格光栅的进行了八小时高温煺火性能测试。设计了适于二维表面应变检测的“T”型高温恒弹合金光纤光栅应变片,对应变片的封装工艺方法进行了研究,最后采用等强度悬臂梁方法,对封装的高温光纤光栅应变片进行了高温性能和应变性能测试,测得了光纤光栅“T”型应变片对温度和应变的灵敏度,验证了高温光纤光栅应变片的工作适用性。     

FBG应变与温度交叉敏感分离方法研究

应变与温度交叉敏感的分离技术是光纤Bragg光栅(FBG)传感器的关键技术之一。详细介绍了双波长矩阵法、双参量矩阵法、温度参考光栅法、温度补偿封装法等几类应变与温度分离方法的原理,并从应用的角度比较了各自的优缺点和应用范围。     

对温度不敏感的光纤光栅压力传感器

分析了光纤Bragg光栅传感器的温度、应变交叉敏感机制,提出了一种新颖的方法,并进行了相应设计：将两根不同波长的光栅粘贴在传感器同一轮辐的正反面上,两个峰有不同的应变响应和温度响应,通过测量两个峰的漂移,就可以解矩阵方程实现压力和温度的同时测量,有效消除了交叉敏感对轮辐式光纤光栅压力传感器的测量精度的影响。改进封装工艺,可以使该方法更简便。     

光纤Bragg光栅应力测量的研究

提出一种温度补偿光纤光栅应力传感器,即将光纤布拉格光栅粘贴在应力分布不同的悬臂梁上.通过理论推导得出,光纤光栅反射波长的两个反射峰之间的距离与应力成线性关系,而不受温度变化影响.实验时,当所加砝码为70 g时,出现两个反射峰;继续增加到180 g,两个反射峰中心波长达到0.15 nm.对实验数据进行数据拟合,线性拟合度达到0.97,进一步证明了该方法的可行性和有效性.     

夹持式封装低温敏FBG应变传感器的设计

设计了一种两端夹持式封装的低温敏FBG应变传感器.利用金属内、外管产生的膨胀差值引起的光栅波长变化量,与热膨胀和热光效应引起的光栅波长变化量抵消,实现温度补偿,金属内、外管隔及隔温套管与夹持支座内部均采用粘结剂连接后实现对光纤光栅的封装.标定试验表明:该传感器的温度灵敏度为0.78 pm/ ℃,是裸光纤光栅温度灵敏度的7.2%,大大降低了对温度的灵敏性,应变灵敏度系数为1.377 pm/ ℃.     

单光纤光栅实现位移、温度同时区分测量

结合光纤光栅悬臂梁调谐的特点,采用悬臂梁矩形梁结构,将光纤光栅粘贴在悬臂梁侧面,利用反射波的带宽对应变敏感而对温度不敏感的特性解调悬臂梁自由端的垂直位移,和反射波的中心波长对温度敏感而对应变不敏感的特性解调温度,成功地实现了对位移和温度的同时测量.基于光谱分析仪0.1 nm的光谱分辨率,实验可得到位移、温度同时区分测量系统的带宽随位移变化的灵敏度为0.153 nm/mm,位移分辨率为0.193 mm,位移测量范围可达6.15 mm;中心波长随温度变化的灵敏度为0.029 nm/℃,温度分辨率为3.4℃,温度测量范围为45℃.实验结果与理论分析基本一致.     

基于回归分析的取样光栅传感特性分析

基于耦合模理论,采用传输矩阵法分析了取样光栅反射谱.取样光纤光栅在受到外界环境应变和温度影响时,其反射光谱的反射率和波长会发生变化.通过测量反射光谱的反射率变化和波长漂移,就能够实现用单根的取样光纤光栅同时测量应变和温度.取样光纤光栅的光弹系数为P11=0.121,P12=0.27.纤芯材料的泊松比0.17.热膨胀系数为5.5×10-7/℃,光纤材料的热光系数为8.3×10-6/℃.通过仿真实验获得了取样光纤光栅的应变和温度传感数据.采用回归分析的方法得到系数矩阵中A,B,C,D分别为-0.00033/ε,-0.00011/℃,-0.00055nm/ε,0.013 nm/℃.应变测量范围为0 με～1800 με,温度测量范围为0℃～180℃.     

一种免受温度影响的双光纤光栅应变传感器

应用温度补偿原理,设计了一种新颖的不受温度影响的双光纤布拉格光栅测应变传感结构.基于理论分析,得出了此传感结构的应变与布拉格波长相对位移量之间的关系,给出了应变灵敏度的解析表达式.实验结果表明,此传感结构对应变的响应曲线具有很好的线性度和很高的灵敏度,并且不受温度影响;在0～0.8 mm的应变范围内,应变灵敏度为0.171nm/με,比单光纤光栅传感结构提高一倍;在-25～60℃的温度变化范围内,两光栅的布拉格波长差没有发生明显变化,传感结构不受温度影响.     

Wide range electrostatic MEMS Fabry Perot optical tunable filter: modelling an electrostatic and mechanic beam deflection

A novel wide range electrostatic microelectromechanical system floating Fabry Perot optical tunable filter (MEMS f-FPOTF) is modelled and analyzed in terms of its electro-mechanic behaviour. The composite beam approach has been used to model the floating Fabry Perot cavity. The floating dual membrane FPOTF consists of multi layer Si/SiO₂/Si thin films with an optical cavity in the middle structure. The filter tuning range has been improved by utilizing bonded silicon on insulator wafers that permits the floating cavity to be deflected both ways; up and down. Electro-mechanic analysis shows a 7% (STRUCTURE1) and 5% (STRUCTURE2) difference between analytical and finite element modelling in which the 7% difference in light incident angle contributes to a 0.5 nm shift while the 5% difference in length of cavity indicates a 4 nm shift in MEMS f-FPOTF operating wavelength. This analysis validates the analytical modelling of this device as a wavelength selector in coarse wavelength division multiplexing.     

高功率窄线宽可调谐 1 064 nm 环形腔激光

文章采用了三镜环形腔内插入标准具获取高功率窄线宽可调谐1064 nm 激光。对环形腔的单向运行、标准具压窄线宽与调谐波长及激光大基模体积运转进行了理论分析与计算,结合实验优化了腔镜曲率与输出耦合率。在808 nm 半导体激光泵浦功率151 W 条件下,获得输出功率33.7 W、光束质量因子 M 2＝1.28、线宽0.1 GHz 的单向1064 nm 激光输出,相应的光转换效率22.3%。采用高精度控温仪对标准具进行精确温控,实现激光波长的精密调谐。改变标准具温度获得1064 nm 波长调谐范围72.6 GHz,调谐精度为220 MHz。波长调谐过程中1064 nm 激光输出功率变化约10%。整个系统稳定可靠,而且相对简单,较易实现,为获得可调谐窄线宽1064 nm 激光提供了实用有效的技术手段。     

基于平衡PZT法解调的FBG传感器

提出了一种基于压电陶瓷叠堆驱动参考光纤Bragg光栅(FBG)扫描滤波的FBG传感器波长解调机构,设计了对称结构U型金属支架结构,并采用两侧粘贴光纤光栅的方式,同时对光纤光栅施加相等的预应力,这种结构扩展了解调光栅的扫描范围,平衡了压电陶瓷叠堆所受的拉力,增强了其运行可靠性,提高了扫描线性度.实验结果显示:在0-200...     

差分法在FBG测温系统中的应用

为了提高系统的稳定性和抗干扰能力,将差分法应用于光纤 Bragg 光栅（FBG）测温系统中。给出了相应的理论计算,列出了差分补偿算法的步骤。实验针对25.0～75.0℃的温度测试范围进行检测,结果显示,回波信号对应的中心波长与温差的变化关系基本符合：每1.0℃得到0.04 nm 的偏移。采用差分型测温系统的系统误差低于0.5%,比单 FBG 的精度高4倍左右。具有更好的稳定性与抗干扰能力。     

一种光纤光栅振动与温度同时区分测量的解调方法

研究了一种可实现振动与温度同时区分测量的光纤光栅解调方法。利用放大自发辐射光源在1 530 nm附近有一段线性区做边缘滤波器进行滤波解调,用匹配光栅将传感器中的温度与振动信号区分开而实现两者的区分测量。实验证明了此方案的可靠性,解调系统的静态波长灵敏度为1 785.6 mV/nm,波长和温度的分辨力分别达到了0.56 pm和0.044℃。该解调系统结构简单、成本低、分辨率高,可以实现对温度与振动同时监测的工程应用。     

级联环形谐振腔温漂抑制效应实验研究

为降低温度变化对基于微环谐振腔的滤波器、调制器等光学精密器件性能的影响,研究了微环谐振腔的温度特性,设计加工了基于绝缘体上硅的单环以及多环微腔结构。通过数显温控加热系统对微环谐振腔加热,利用波长扫描的方式,进行了谐振腔透射谱线的测试实验,通过线性拟合分析,计算得到单环谐振腔谐振波长漂移与温度的变化关系为105 pm/℃,双环谐振器与温度的变化关系为97 pm/℃,三环谐振器与温度的变化关系为80 pm/℃,九环的谐振波长漂移与温度的变化关系为27 pm/℃。即环个数增加,谐振腔温度系数有减弱趋势,较好实现了谐振腔温漂抑制作用。     

Novel tunable laser sources with 1.5-μm and 1.57-μm cascaded DFB reflectors for in situ gas monitoring applications

Novel tunable lasers based on 1.5-μm and 1.57-μm cascaded distributed-feedback reflectors are realized for real-time monitoring of H₂O and CO gas mixtures immediately in multi-gas sensor systems. With simple fabrication procedures, the new design allows the realization of a widely tunable laser source that can cover the H₂O and CO absorption wavelength bands. With the temperature tuning of 0.1 nm/°C and current tuning of 0.014 nm/mA, the laser can be tuned to cover over 3 nm wavelength range in each wavelength band. Experiments verify that the lasers can have more than 38 dB SMSR over the tuning range. The characteristics of high power, excellent spectral purity, and simple wavelength switching control can simplify the analysis procedures of gas sensing and thus reduce the cost. By direct absorption method, the tunable laser has been successfully adopted in a diode laser sensor system for monitoring of water vapor concentration near 1.5 μm and carbon monoxide near 1.57 μm. Less than 15% error in the line strength is observed between the measured data and HITRAN database.     

阵列化锰铜高压传感器的研制

通过传感器的结构设计、敏感材料和封装材料的研制以及采用新的传感器制备工艺,制作了一种新型的薄膜式锰铜传感器。采用熔融石英材料作为绝缘基板。在绝缘基板上沉积锰铜敏感薄膜。并在敏感薄膜的上面沉积SiO2封装层薄膜。根据"后置"式传感器由阻抗匹配原则,计算出铝靶板中的最高压力为51.68GPa,SiO2封装材料中的压力为35.396GPa。     

基于PID算法的大功率泵浦激光器温控系统设计

设计了一种基于数字PID算法的大功率泵浦激光器温度控制系统,该系统采用ARM2210作为处理器,高精度NTC（负温度系数热敏电阻）和TEC（半导体制冷器）分别作为温度传感器和温控执行元件,并对传统的PID算法和参数进行改进和整定、修正,驱动芯片选用MAX1968,在节省大量电路设计的同时大大提高了温度控制精度和抗干扰能力。实验结果表明：该系统在0～40℃温度范圆内的控温稳定性优于±0．05℃,能够有效抑制LD波长的漂移。     

FBG温度传感器在微波场的应用

微波作为一种新型热源已被广泛用于化学研究、食品加工、医疗仪器以及材料热处理等行业中,发展极为迅速。在这些应用中,温度显然是个重要的参数,但处于强电磁场的环境下,在微波场中温度的测量依然是一个技术难题。阐述了光纤光栅温度传感器的原理,以及分析了光纤光栅温度传感器在微波场中测温的前景及应用。