基于螺旋式光纤环输出光斑旋转的温度传感器

采用将传感光纤绕制在螺旋型调制器上的方法,设计了一种基于光斑旋转角度调制的新型光纤温度传感器。根据螺旋型调制器所处环境温度的变化会使传感光纤产生双折射效应,从而使出射光斑发生旋转变化的原理,通过CCD获得不同温度下的出射光斑图像的变化情况以及利用MATLAB对所得数据进行处理,可以探测出温度变化与出射光斑旋转角度的关系,达到对温度间接测量的目的。实验证明,光斑旋转角度与温度变化在一定范围内有很好的线性关系,而且该传感系统灵敏度也比较高。     

基于分压补偿的传感电缆泄漏检测精确定位方法

传感电缆作为一种新型的分布式传感器在机房、数据中心、无人值守监控站、输油管道及储油罐区等的漏水及漏油检测中具有重要的应用价值。为了突破导电聚合物传感电缆仅能用于液体的泄漏检测、难以实现泄漏点精确定位的问题,从传感电缆的电阻特性出发,分析影响传感电缆回路阻抗的诸多因素,讨论了传感电缆泄漏定位机理及存在的问题,并提出了引入分压电阻补偿传感电缆回路阻抗的波动,从而实现泄漏检测精确定位的方法。在此基础上搭建了实验系统,通过对比实验,证明此方法可以有效消除各种环境影响因素,定位精度达到0.16%,从而证实了其原理的合理性与方法的有效性。     

一种全光纤电压互感器的有限元分析与结构优化

利用有限元软件ANSYS的电磁分析功能,对一种基于石英晶体的逆压电效应,采用模间干涉原理的全光纤电压互感器的传感头内部电场进行分析与计算,进而对传感头的结构进行设计与优化,使传感头内部的电场分布尽可能均匀,防止尖端放电和介质击穿现象的发生,提高了光纤电压互感器的绝缘性能。为光纤电压互感器电压测量的安全性和稳定性提供了理论依据。     

低轴间耦合的三维电场传感器（英文）

使用正交排列的电容式传感单元的三维电场传感器（Three-dimensional electric field sensor, 3D EFS）测量空间电场时,轴间耦合效应会严重影响EFS的测量精度。为此,提出了一种电场屏蔽电极,以降低3D EFS的轴间耦合效应,提高测量精度。首先,利用多物理场仿真软件构建电场分布模型。其次,根据仿真结果建立带屏蔽电极的3D EFS电容式传感单元的屏蔽电极模型。最后,建立任意角度的测试平台,将带有屏蔽电极的3D EFS和无屏蔽电极的3D EFS进行实验对比。结果显示,有屏蔽电极的3D EFS的测量偏差在3.2%以内,比无屏蔽电极的3D EFS的测量偏差减少12%。因此,所设计的基于电场屏蔽结构的3D EFS可以使解耦矩阵更加可靠,有效降低空间电场测量偏差。     

非泄漏固定声源干扰下的管网泄漏定位技术研究

实际管网泄漏检测环境中,管内外非泄漏固定噪声(如施工、管道阀门噪声等)叠加在管道泄漏声信号中,传感观测信号间的互相关函数中有多个相关峰值,若不能正确识别峰值来自泄漏还是非泄漏声源,将导致漏点定位错误。以两传感观测信号的自相关函数构建非泄漏和泄漏信号特征提取函数,通过特征提取函数识别出管道传播媒质对两类信号的衰减特征信息,该衰减特征结合互相关函数的相关峰值时延信息,识别出峰值来自泄漏还是非泄漏声源。实际定位应用表明,在管内外非泄漏固定噪声干扰下,漏点定位误差在1 m以内,突破了传统基于时延估计的泄漏定位技术及仪器需要在夜间,或人为关闭某些管道阀门、支路等安静环境下,通过回避干扰噪声才能进行定位的限制。     

用于爆炸辐射电磁脉冲时域测量的 集成光波导电场传感器研制

针对爆炸辐射电磁脉冲(EMP)上升沿快、脉宽窄、峰值场强高等特点,设计并研制出一种集成光波导宽带电场传感器。 使用标准雷电电磁脉冲(LEMP)对研制的传感器进行时域标定得出,传感器能够不失真地测量出 LEMP 的时域波形,且最小和 最大可测电场分别约为 1. 4 和 10. 8 kV/ m;使用连续波电场对传感器进行频域标定得出,传感器最小可测电场为 52. 5 mV/ m, 且在 9 kHz~ 1 GHz 响应波动在±4 dB 以内。 最后在国内某试验基地搭建了基于研制的光波导电场传感器的爆炸辐射 EMP 现 场测试系统,分别对距爆炸点不同距离处的辐射 EMP 进行时域测量。 结果表明,爆炸辐射 EMP 的产生滞后爆炸发生约几毫 秒;辐射 EMP 为一系列双极性脉冲组成的脉冲串,单个脉冲宽度在 100 μs 以内,脉冲串宽度在 2 ms 以内,频率在 17. 5 ~ 35 kHz;在距离爆炸物 5 m 以内的爆炸辐射 EMP 峰值场强在 5~ 10 kV/ m。 本文研制的光波导电场传感器具有全无源、宽带宽、 对被测电场干扰小、体积小、强抗电磁干扰等特点,为爆炸辐射 EMP 的时域测量提供了一种新的技术手段。     

基于Ф OTDR光纤传感技术的供水管道泄漏辨识方法

由于城市供水管道周边工况复杂,如何实现对不同工况的泄漏及其他干扰振动的模式识别成为系统的关键技术。提出了采用分形盒维数和改进近似熵作为特征量的基于相位敏感的时域反射计(Ф-OTDR)分布式光纤传感进行供水管道振动检测的方法。根据泄漏孔附近空泡噪声的信号空间填充度特征,引入分形盒维数对时域信号进行度量,采用了一种新的寻找无标度区的办法,使得出的盒维数参数值能够把握过电平率很高信号的特定特征根据湍流噪声信号混沌性特征;根据湍流噪声的混沌特性,引入近似熵复杂度对时域信号进行度量,采用了一种新的相似容限选取方法,使得更能体现信号随机性的大小。将去噪处理后检测信号的分形盒维数和改进近似熵同时作为二维参数平面的两个输入,通过在该平面设置阈值范围辨识管道泄漏信号,用以区分泄漏信号和干扰信号。对实验信号进行处理,使用该方法对泄漏辨识的准确率能达到96.7%,结果表明,采用该方法能够准确、高效地区分将供水管道泄漏信号及其他信号。     

用于闪电瞬态电场测量的高速采集系统设计

利用A/D转换芯片AD9057和基于Pockels效应的闪电电场传感器设计了一个闪电瞬态电场测量的高速采集系统,给出了高速采集系统的硬件电路和软件程序设计流程图。该系统主要包括:闪电电场传感、高速A/D转换、数据存储、数据处理。通过对闪电电场高速采集系统的硬件和软件设计,解决了数据采集过程中存在的高速A/D转换的速度与低速智能管理的速度不匹配问题,实现了带宽为0~10MHz的闪电瞬态电场信号采集。     

基于有限元接触变形的光波导三向力触觉传感系统

通过有限元分析方法对一种新型光波导三向力触觉传感系统进行理论探讨和仿真实验，提出相应的数学模型，并设计专门的实验传感系统，实验数据结果验证了理论分析，从而在理论和实验上证明了该新型光波导三向力传感方案的可行性。     

光强自动补偿型光纤压力传感系统

光纤强度型传感器技术成熟,结构简单、造价低廉。但对光源的稳定性要求较高。本文的光纤压力传感系统能有效地克服这一缺点。该压力传感系统的输出信号取决于两路光纤的输出光强信号之比。测试结果表明,该系统能自动地补偿由于电源不稳定、器件老化等因素导致的光源强度变化对测量结果的影响。     

PRINCIPLES OF STRUCTURAL SLOW LIGHT AND ITS APPLICATIONS FOR OPTICAL FIBER SENSORS: A REVIEW

Generation methods of structural slow light and the recent optical fiber sensing applications are summarized in this paper. Five kinds of different structures for slow light are discussed: in fiber Bragg grating, fiber Fabry-Perot cavity, circled coupled resonator optical waveguides, photonic crystal waveguides, and microspheres. The corresponding applications for optical fiber sensors of the different slow light technologies are also introduced. Developments of structural slow light and the characteristics of the slow light sensing methods are analyzed, and improvement trends and potential applications in the fiber-sensing field are forecasted. It is concluded that the technology of structural slow light will increase in fiber sensing and other fields.     

Stark spectroscopy of a probe lithium beam excited with two dye lasers as a technique to study a high-power ion-beam diode

A non-disturbing measurement of electric field distributions is a subject of special interest in plasma physics and high-voltage devices. In this paper we describe a diagnostic technique for remote sensing of electric fields via injection of a probe beam of lithium atoms and cascade excitation of resonance fluorescence with two broadband dye lasers. The fluorescence spectrum was recorded using a monochromator equipped with an optical multi-channel analyser. The magnitude of the local electric field was retrieved from the Stark-shifted components of the 3d-2p lithium spectral line. The technique was applied to measurements of the electric field in the applied-B-field high-voltage diode of the 1 TW KALIF ion-beam accelerator.     

IM85—1型光纤液位传感器系统

本文介绍一种基于光弹效应的光强调制型的集计算机、微电子学和波导光学为一体的高精度光纤液位传感器，该传感器的突出优点是能完成全光一次信号检测，现场无须带电，从原理上消除了燃烧和爆炸的隐患，特别适用于一类防爆区。该传感器系统在设计上系Ｃ＾４系统，便于与现代化的计算机管理联网。     

基于明胶的光纤湿度传感系统

随着科学的发展,湿度指标在食品安全、仪器制造、生物研究、金属材料等方面备受重视。传统的湿度检测方法以化学方法和电子传感器检测法为主,化学方法对环境有不同程度的污染,而电子传感器检测法的抗电磁干扰能力差,使用环境受限。为解决这些问题,设计了一种新型的光纤湿度传感系统。系统利用明胶薄膜作为湿度传感核心器件,通过搭建传感光路,测量光强变化确定湿度变化。实验验证证明,系统具有良好的湿度传感效果,湿度与光强基本成线性分布,在线性区间内误差小于1.5%,通过进一步优化后可应用于电磁干扰较大环境下的湿度测量。     

干涉型分布式光纤传感系统抗偏振衰落性能研究

为了解决分布式光纤传感系统中常出现的偏振衰落现象,提高系统的稳定性,在分析了系统检测原理基础之上,基于单模光纤的双折射等效琼斯矩阵,建立了分布式光纤传感系统模型,明确了采用不同反射器件条件下,探测光强I与入射光偏振角度i的关系。通过试验证明系统采用旋转角为π/2的法拉第旋转镜(FRM)具有较好的抗偏振衰落特性。     

AFM悬臂定位系统中光干涉误差及减小方法研究

光杠杆法是原子力显微镜（AFM）悬臂定位的主要方法。由于悬臂自身的尺寸和材料特性、检测光路系统等因素制约，悬臂弯曲测量时存在光泄露。被试样表面反射的部分泄露光与悬臂反射光产生干涉，在探针一试样接近曲线中产生光干涉误差。基于轻触模式AFM，分析了光干涉误差的产生原因，并对其引起的AFM测量误差进行了数学分析和仿真、提出了减小光干涉误差的方法。实验结果和理论分析表明，为了进一步提高AFM的测量精度，有必要克服定位系统中的光干涉误差。     

Optical temperature sensor based on ZnO thin film's temperature-dependent optical properties

A reflective fiber temperature sensor system based on the ZnO thin film is proposed. The transmittance spectra and temperature dependent optical property of the sensing head with ZnO thin film is investigated theoretically and experimentally, and the temperature resolution of ～1?°C is obtained in the temperature region of 300-773 K. The temperature sensing system is only related to the wavelength shift of transmittance spectra, and has a high stability without depending on the incident light intensity. This research results also indicate a fiber optical sensor with a broad temperature measurement range (10-1800 K) can be gained as a promising temperature sensing device, and can be applied into some extremely environments, such as aircraft, nuclear power station and power transmission system, and so on.     

A typical noiseless Pockels E field sensor

A new practical Pockels E field sensor has been demonstrated. By combining a ferroelectric liquid crystal and a polarization-maintaining optical fiber with the sensor, it is theoretically found that almost all of the optical and electronic noise produced in the system can be completely eliminated. This fact has been experimentally proven not only under the conditions of a uniform electric field but also those of a nonuniform electric field and with ac voltages applied to a stabilized corona discharge. It is shown that if with the new Pockels E field sensor, the smallest detectable phase change was set to be 10(-5) rad, the minimum measurable E field in the electrical discharge could be reduced from 10(2) to 10(-1) kV/m. This technique should be useful not only for the field of electrical discharge studies but also for other optical measurement applications such as length, temperature, and pressure using appropriately configured transducers.     

磁光/涡流实时成像检测系统的研究

介绍了磁光/涡流成像检测系统的基本工作原理及组成,给出了初步的实验结果,并对试验结果进行了相应的图像处理,实现了对表面及亚表面细小缺陷的可视化无损检测,克服了传统的涡流检测方法中探头尺寸相对较小而检测面积大,检测工作要消耗大量时间且不易操作的缺点,并具有探测结果可视化且直观易懂;易于保存;检测难度低;检测前不需要清除油漆等表面覆盖层,只需要保证待检测表面具有较好的反射性能;可对亚表面以及表面缺陷进行实时成像检测等优点。试验结果进一步验证了系统的正确性和重要性。     

基于光纤传感技术的矿井粉尘质量浓度检测

矿井内粉尘不仅对工人的健康具有很大危害,而且较高的粉尘质量浓度会引起爆炸事故。为了测量矿井内的粉尘质量浓度,鉴于光纤传感器的独特优势,提出了基于光纤传感技术的矿井内粉尘质量浓度检测系统。该系统利用光透射法,由双通道检测光路系统组成,利用MATLAB对测量数据进行理论分析,得出拟合曲线及公式。结果表明,系统具有良好的测量准确性和一定的实用价值。