非功能式光纤传感器设计基础（三）补偿技术及其机理分析

在非功能式强度型光纤传感器中，造成光强变化而导致较大信号误差的主要原因有如下几个方面：（１）光源输出光功率的变化；（２）光路损耗变化；（３）无源器件耦合系数的变化；（４）调制器的光学特性变化；（５）光探测器灵敏度的变化；（６）光纤探头机械特性参数的变化。针对上述各种不稳定因素，分别讨论了相应的实用补偿技术和方法，并对这些补偿机理给出简略的分析。     

双环形腔复合瑞利后向散射式光纤转动传感特性

基于A.Kung等所提出的后向瑞利(Rayleigh)散射式光纤转动传感原理,提出了一种双环形腔复合的Rayleigh后向散射式光纤转动传感器(RBFORS)新结构.利用两个2×2单模光纤耦合器,建立了复合双环形腔Rayleigh后向散射式光纤转动传感器的理论模型.通过计算机仿真,给出了用光时域反射计(OTDR)探测到的光纤转动传感器输出信号的特性,利用优化的环长和分光比两结构参量,分析了模拟结果.选择双环的长度分别为1500 m和1078 m,2×2光纤耦合器的耦合系数分别为95.23%和94.88%构建了测试系统,对不同转速所探测到的Rayleigh后向散射信号进行测量,得到了实验结论与理论相一致的结果.双环的采用,提高了测量信号的强度,增加了测试的有效数据,使其更有利于识别,提高了转速测量的精度.     

光纤位移法进行微小长度测量的相关实验研究

从理论和实验两方面,分析了光纤微位移传感器特性,分别给出了实验结果和理论对比结果,利用该光纤微位移传感器进行微小伸长量的测量,从而给出了一种新的扬氏弹性模量和金属固体线膨胀系数的测量方法。     

折射率导引型微结构光纤特性与传感应用

主要讨论折射率波导型微结构光纤,这种光纤的光波是借助于折射率波导完成光能量传输的.其微结构种类主要有多芯光纤、线性阵列芯光纤、环形阵列芯光纤等多种.概述了这类微结构光纤的制备方法,给出了其折射率分布特性,讨论了其若干传感应用实例.     

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。     

光纤莫尔干涉轮廓测量方法

为了探寻微小物体非接触形貌测量的有效途径,采用多光纤干涉所形成的光场,提出了三光纤反射莫尔干涉轮廓测量方法.利用3根高双折射光纤,构成了光纤莫尔干涉光场生成器,给出了计算机仿真结果.实验上,讨论了莫尔光场生成器的设计和制作方法,实现了方形格子和六角形周期格子的光场分布.给出了光纤莫尔干涉测量系统的结构和组成,以半球形物体轮廓测量为例,展示了如何应用光纤莫尔干涉技术实现微小物体形貌的测量.开拓了光纤莫尔测量新方法.     

双膜盒式光纤压力传感器设计

设计并研究了一种利用双膜片位移进行压力测量的光纤传感器.这种光纤传感器是在通用光纤传感设计实验系统的基础上,利用了三光纤反射调制技术,它可以实现光源强度的变化和光纤中光功率损耗的变化以及反射率的变化自动补偿.理论上,分析了这种传感器的补偿特性,建立并推导了输入输出关系,给出了理论模拟结果.实验上,制作并实现了光纤压力传感器,分别测试了两接收光纤的位移与输出光强度的对应关系曲线,给出了对应两输出光强比值与位移的实验测试结果,验证了理论的正确性.最后,对所设计的光纤压力传感器进行了标定实验,给出了线性输入输出工作特性曲线.     

桑色素-Al掺杂的溶胶-凝胶薄膜修饰的MPOF光纤氟离子传感探头

本文通过对微结构聚合物光纤修饰桑色素-铝配合物掺杂的凝胶薄膜,制备了一种氟化物光纤传感探头。这种探头的结构基于微结构聚合物光纤实现,其内部具有贯穿的微孔道结构,这种微孔结构可以作为敏感材料的载体以及微传感池。敏感层的修饰通过溶胶-凝胶过程实现,将掺有桑色素-铝的溶胶直接吸入光纤内部,可以在光纤微孔阵列中形成凝胶敏感膜。微结构光纤内部可以容纳微量液体,传感过程在微孔道内进行。传感原理基于荧光淬灭远离实现,氟离子对凝胶膜中桑色素-铝具有强烈的荧光淬灭作用,因此传感探头对于不同浓度的氟离子溶液表现不同的荧光强度。在pH值为4.6的条件下,探头对于氟离子具有良好的响应,其传感范围为5-50mmol/L。     

Ge基二维三角晶格光子晶体的光子带隙

导出了二维三角晶格光子晶体的填充系数与正多边形散射子外接圆半径的普适关系,并利用平面波展开法计算了Ge基二维三角晶格光子晶体的光子带隙.计算表明:Ge圆柱置于空气背景中时,可产生TM、TE带隙,TM带隙占优势;随着Ge填充系数的增大,光子带隙的宽度先增大后减小,其中心频率由高频向低频移动;TM模第一带隙宽度在半径为0.14a处达峰值.空气圆柱置于Ge背景中时,可产生TM、TE及完全带隙,TE带隙占优势;随着空气填充系数的增大,光子带隙的宽度先增大后减小,其中心频率由低频向高频移动;TE模第一带隙宽度和最大完全带隙宽度分别在半径为0.46a和0.49a处达峰值.