基于中心微泡结构的光纤F-P传感器应力特性研究

硅基材料光纤具有比较小的热膨胀系数,可用来制备具有折射率、应变、应力等敏感特性而温度不敏感特性的传感器件,比如利用光纤F-P传感器可实现高灵敏度的应力传感.本文提出了一种基于化学腐蚀法的低成本、高灵敏光纤F-P传感器件,并分析了其应力传感特性.该方法先利用HF溶液制备凹孔端面光纤,然后采用熔融放电方法制备空心结构的光纤FP传感器,有助于增强光纤器件的应力传感特性和温度不敏感能力.实验结果表明,所设计的F-P传感器其应力变化与光纤F-P传感器干涉谱峰变化呈正比关系,其应力灵敏度可以达到5.2,且成本较低廉,具有一定的应用价值.     

利用双参考光纤光栅的光纤光栅传感解调系统

光纤Bragg光栅是一种波长调制型光纤器件,利用光纤Bragg光栅反射波长对某外界参量(即待测量)的敏感效应,可以研制出光纤光栅传感器.对于光纤光栅传感系统而言其关键技术是如何解调,而在使用可调谐F-P滤波器解调时,只是注意避免光纤光栅的交叉敏感,却忽略了对可调谐滤波器的稳定性考虑.通过对可调谐F-P滤波器性能的分析,利用双参考光纤光栅得出基于可调谐F-P滤波器解调的准分布式光纤光栅传感解调系统,该系统对于外界环境稳定性好,测得数据可靠.     

基于中心微泡结构的光纤F-P传感器应力特性研究（英文）

硅基材料光纤具有比较小的热膨胀系数,可用来制备具有折射率、应变、应力等敏感特性而温度不敏感特性的传感器件,比如利用光纤F-P传感器可实现高灵敏度的应力传感。本文提出了一种基于化学腐蚀法的低成本、高灵敏光纤F-P传感器件,并分析了其应力传感特性。该方法先利用HF溶液制备凹孔端面光纤,然后采用熔融放电方法制备空心结构的光纤FP传感器,有助于增强光纤器件的应力传感特性和温度不敏感能力。实验结果表明,所设计的F-P传感器其应力变化与光纤F-P传感器干涉谱峰变化呈正比关系,其应力灵敏度可以达到5.2,且成本较低廉,具有一定的应用价值。     

膜片式微型F-P腔光纤压力传感器

为满足工业和生物医学领域对微型化传感器的需求,实验研究了基于Fabry-Perot(F-P)干涉仪原理的膜片式微型光纤压力传感器的制作工艺.在单模光纤端面上直接熔接外径约175 μm的毛细石英管,在石英管的另一端制作敏感膜片,从而使光纤端面与膜片内表面之间形成F-P干涉腔.采用电弧熔接、切割、腐蚀膜片等方法制作了石英膜片式压力传感器,该传感器在0～3.1 MPa内F-P腔的腔长变化灵敏度为41.09 nm/MPa,压强测量分辨率为681 Pa,并具有很小的温度敏感系数.在30～140 ℃,温度交差敏感＜1.07 kPa/℃.为了克服石英膜片减薄困难的缺点,选用聚合物材料(PSQ)作为压力敏感膜片制作了F-P传感器.室温下在0.1～2.1 MPa,PSQ膜片的F-P腔长变化灵敏度达到1 886.85 nm/MPa,压强测量分辨率达到53 Pa,十分接近人类或其他动物的体内压强测量水平.     

一种非本征F-P腔型光纤传感器的研究

介绍了用于温度、压力及应变测量的非本征F-P腔(extrinsic Fabry-Perot cavity)光纤传感器系统及其工作原理,当温度和压力/应变同时存在,F-P传感头交叉敏感,利用不锈钢外套屏蔽测温探头的压力/应变效应,采用与准直毛细管同材料光纤作F-P腔反射端补偿压力/应变探头的温度响应.实验表明,0～14MPa和100～300με压力和应变测量范围内最小分辨率达到20kPa和0.5με,100℃温度范围内压力的测量精度达到0.1%,温度传感器在0～100℃测量下,精度达到±0.01℃.     

基于腐蚀型多模光纤的光纤激光传感器

将一种新颖的基于腐蚀型多模光纤MMF级联的干涉型光纤传感器和光纤光栅传感器相结合,提出一种新的可以同时测量温度和液位的光纤传感器装置,并对其实验结果进行分析,光纤光栅和激光干涉仪作为激光光腔的滤波器,对应这两个滤波器,输出两个稳定波长,这两个波长对液位和温度有不同的反映特征。通过FBG输出的波长对液位不敏感,对温度的敏感性是0.012 3nm/℃。通过干涉仪输出的波长对液位敏感,并且灵敏度是0.229 4 nm/mm,它的温度敏感性是0.064 8 nm/℃。这样,根据不同的液位和温度的光谱响应,可以实现同时测量,该传感器与其他光纤传感器相比有不受检测范围限制,高分辨率和高灵敏度的优势。     

光纤应变传感器最新成果受到业界高度关注

近日,从天津大学获悉,天津市特聘教授、该校精密仪器与光电子技术学院李恩邦教授研究发现,利用单模光纤与光子晶体光纤熔接时,在熔接部位产生一个微小的球形气泡可实现高灵敏度应变测量,所构成的光纤应变传感器具有灵敏度高且对温度变化不敏感等特点。该研究成果首先发表在《应用物理快报》上之后,受到了业界的高度关注。     

条纹计数法干涉型光纤液位传感器的电路法判向及其温度补偿

提出利用RC移相电路获得相位差为90°的输出信号,以取代相位差为90°的双光路,对干涉条纹计数时做正确判向,可以简化条纹计数法光纤Fabry-Perot腔干涉型液位传感器的结构,使之更实用和集成化。分析了F-P腔长与温度变化的关系,说明选择合适的腔体材料以及波纹管的热膨胀系数和初始长度,可在温度变化时保持腔长的较小变化。提出在传感器上安置温度传感器,预先测出F-P腔长与温度变化的关系,然后利用软件法对传感器输出进行温度补偿。实验表明:该软件补偿法能够较好的补偿温度变化对液位测量时造成的影响。     

基于光子晶体和法布里珀罗腔结构的折射率传感器

光子晶体传感器在溶液检测方面具有巨大的应用潜力,设计一种光子晶体液体折射率传感器,通过在光子晶体中构造法布里珀罗腔(F-P腔)并利用光子晶体的自准直效应来实现折射率的探测。通过二维时域有限差分法(2D-FDTD)对电磁波在光子晶体F-P腔中的传播的仿真实验,最终获得了高线性度的输出光功率与液体折射率的对应关系,并可基于此特性实现液体折射率的检测。相较于其他的检测方法,光子晶体的应用使其具有体积小、测量范围广、易于与激光器件集成并且不受外界电磁环境影响等优点。     

光纤磁流体电磁场传感新方法研究

摘要：以磁流体纳米功能材料为腔内介质,提出一种新型的光纤F-P电磁场传感器,并给出了基于光纤光栅波长扫描的信号解调方法。对磁流体的可控折射率特性及其对电磁场测量原理进行了充分的分析,介绍了传感器系统的结构和原理。对所提出的方法以及影响测量结果的因素进行了初步的实验,结果表明,测量特性具有较好的线性度,且得出温度和磁流体薄膜厚度都会对测量结果有影响的结论。     

法布里-珀罗光纤温度传感器的理论模型与仿真

设计了一种新型F-P(Fabry-Perot)干涉腔式温度传感器,具有高灵敏度、电绝缘性及抗电磁干扰等优点,能够胜任极端恶劣环境下的温度测量。采用腔内端面的反射光数学模型,并考虑输出光功率的线性度,对F-P传感腔初始腔长H、光纤端面反射率r的选取进行了优化设计与分析。应用有限元分析软件ANSYS对传感器的理论模型进行仿真与验证,模拟结果显示,当待测温度的变化范围为0~100℃时,干涉腔腔长随温度近似于线性变化,相应的理论灵敏度为1.636 nm/℃,精度为±0.2℃。     

光纤可调F-P滤波器频率响应特性的实验研究

为了提高基于可调Fabry-Perot(F-P)滤波器光纤光栅(FBG)解调系统的性能,根据可调F-P滤波器的特性,研究了不同驱动频率下光纤可调F-P滤波器的响应情况。实验中通过数据采集卡和LabVIEW软件平台得到滤波器不同输出波长所对应的电压,绘制出不同频率下电压—波长曲线。分析了在驱动电压频率改变时滤波器透射波长随电压的变化情况,发现直线拟合所得斜率有随频率增加单调递减的趋势,10Hz、100Hz和200Hz与1Hz的斜率误差分别为0.69%,5.10%,6.49%。实验数据分析表明,采用区分频率选择不同多项式拟合可以减小该误差对解调系统的影响。     

A fiber loop mirror temperature sensor demodulation technique using a long-period grating in a photonic crystal fiber and a band-pass filter

A fiber loop mirror (FLM) temperature sensor using a long-period grating (LPG) written in a photonic crystal fiber (PCF) and a band-pass filter as a demodulator is proposed. By utilizing the stable filtering function of the LPG in the PCF, the resonant wavelength variation of the FLM with temperature is transferred effectively to the intensity variation of the output light. By monitoring the light intensity of the band-pass of the filter, temperature applied on the FLM is deduced by an optical power meter. Experiment results show that the temperature sensitivity is high as ~1.742 dB/ °C when a filter with a full width at half maximum 3 nm and the center at 1545 nm is used.     

液晶F-P腔中的反射相移

采用一种简化的薄膜矩阵方法,引入相移系数N的概念,分析了可调谐液晶Fabry-Perot腔(F-P腔)介质反射镜中心波长附近的反射相移色散对其调谐性能的影响。对文中给出的具体器件参数,在腔长小于5μm时,即约为3倍中心波长(1.55μm)时,受反射相位穿透深度的影响,器件的半峰值全宽(FWHM)急剧变小,自由光谱范围(FSR)将变窄;且腔长越小,影响越大。     

四边形周期结构负折射介质光子晶体光纤的设计

提出了一种纤芯与介质柱为负折射率材料、衬底为正折射率材料的新型四边形周期结构光子晶体光纤(PCF)。介绍了它的结构设计,研究了光子带隙效应导光特性。与传统四边形周期结构光子晶体光纤相比,该种光纤可以实现带隙效应导光传输,取填充比f=0.7时可获得光子带隙传输范围为880~4140nm,可应用于远红外光通信中。     

基于单片机的光纤Bragg光栅传感器的解调系统

长期以来,对光纤Bragg光栅传感器反射波长的检测是采用光谱仪,随着光纤Bragg光栅传感器应用的不断发展,光谱仪表现出越来越多的局限性.本文利用调谐法布里-珀罗腔多光束传播,当法布里-珀罗腔满足特定条件时其透射光可达到最强或最弱原理,建立了F-P腔解调系统模型,通过检测F-P腔的相关参数而得到所测的参变量;根据光纤Bragg光栅自身特性,建立了匹配滤波法解调系统模型,应用另一光纤Bragg光栅跟踪被测光纤Bragg光栅的变化,从而得到所测量;论文指出了应用时在这两种解调方案中需要解决的关键问题.为了提高系统测量的准确性和实时性,系统采用单片机系统处理相关数据信息.本文系统详细阐述了在解调系统中单片机的应用及相关接口模型,给出了详细的软硬件设计.     

IMPROVED SENSITIVITY OF A PHOTONIC CRYSTAL FIBER EVANESCENT-WAVE GAS SENSOR

An evanescent-wave absorption gas sensing theory and technique is demonstrated using a solid-core photonic crystal fiber (PCF). This article proposes and demonstrates the theory and method of gas sensing based on the PCF evanescent-wave. Numerical simulations and systematic analysis were conducted regarding the influence of PCF structure parameters to its light transmission characteristics, dispersion characteristics, and loss characteristics. Based on these results, this article puts forward and designs the overall schematic of a gas sensing system with the PCF as the gas chamber. Through numerical simulation, the influence of the relative sensitivity of the gas measurement system caused by PCF structure parameters is analyzed, and a design for PCF is proposed with optimum geometric structure parameters.     

基于强度调制的液体浓度检测系统

介绍了一种光纤传感器液体浓度实时检测系统，采用了5mW的激光二级管LD、光纤光电耦合器、U型敏感元件以覆PN结型光电二极管（PD）为主要的组成部件。光在U型敏感元件中传输时发生全反射，同时被测液体的浓度对光强进行调制，通过测量输出端电压的变化来测量液体浓度的变化。实验以食盐和蔗糖溶液为测量对象，精度可以达到0．05％，测量结果与理论分析十分相符。这个实验装置的显著优点是体积小、结构简单、测量范围宽，能够实现液体浓度的在线测量与生产的自动化。     

热敏液晶定量测温系统

热敏液晶由于其特殊的层状、扭曲型分子结构，使其具有选择性反射光波的特性。而选择反射光波的波长和温度之间存在依赖关系，根据这一原理，在HSI色彩模型基础上，结合数字图像处理技术，建立了热敏液晶定量测温系统。该系统实验数据和拟合曲线之间显示了良好的复合性，温度测量误差在0．8℃左右。实验表明，该方法能够获取物体表面详细的温度场分布信息，并具有较高的分辨率和测量精度。