保偏布喇格光纤光栅传感特性研究

对保偏布喇格光纤光栅(PMFBG)的温度和应力传感特性理论分析和实验.得到PMFGB在温度或轴向压力的作用下双峰均呈现线性变化趋势,拟合度在0.99以上,快慢轴的温度敏感系数分别为0.01189nm/℃和0.01132nm/℃,轴向应力敏感系数分别为0.00470nm/N和0.00450nm/N.结果表明,PMFBG的在温度和应力的作用下快慢轴变化速率不同,可以解决温度应力交叉敏感问题.     

保偏光纤双光栅传感性能的实验研究

在H2敏化处理的保偏光纤上的同一位置制作了中心波长分布在1300nm和1550nm窗口的两个光纤光栅,并对这种保偏光纤双光栅的传感特性进行了实验研究与理论分析,结果表明这种光栅可以用作多传感器,对温度、应力、压力等多个参量进行测量,还可以作为对保偏光纤光栅进一步深入研究的参考。     

侧边研磨应力双折射型保偏光纤光栅实验

利用自制研磨机侧边研磨了应力双折射型偏振保持布拉格光纤光栅(PMFBG),并对研磨过程中的透射光谱与反射光谱进行了监测.研磨过程中造成的功率损耗小于0.6dB,PMFBG的两个布拉格波长均发生了漂移,且两者的间距有变小的趋势.通过曲线拟合得到了两个偏振态的有效折射率随研磨深度的变化规律,并分析得出:光纤芯子中心的应力双...     

基于保偏光纤环镜的光纤光栅传感解调

研究了基于保偏光纤的光纤环镜结构并建立理论模型,分析各参数之间的关系,设计并搭建了基于偏振干涉的保偏光纤环镜传感解调系统.以LabVIEW作为软件平台,依据理论模型,开发了光纤光栅传感嚣解调控制系统,不仅实现了对解调系统的远程控制、数据采集、图形化显示及数据存储,节省了成本,还能直接获得待测参量值.采用可调谐激光器模拟光纤光栅反射波长的变化,实验证明了该解调方案的可行性和正确性.温度传感检测实验表明,该系统对温度的测量平均精度可达0.03℃,准确度为±0.01℃.

Abstract：

The loop mirror structure based on the polarization-maintaining fiber was investigated, the corresponding theoretical model was established, and the relations of these parameters are also analyzed. The sensor demodulation system of the polarization-maintaining fiber loop mirror based on polarization interference was designed and established. Using LabVIEW as the software platform, the demodulation control system for the fiber grating sensor was developed based on the theoretical model, realizing the remote control of the demodulation system, diagrammatic display and data acquisition and storage. With this scheme, the cost is reduced and the measured parameters can be directly obtained. The fluctuation of the reflection wavelengths of the fiber grating was simulated with the tunable laser, and the feasibility and validity of this scheme were confirmed by experiments. Detection experiments with temperature sensors show that the average temperature measuring precision can be up to 0.03 ℃ and the accuracy is ±0.1 ℃.     

光纤光栅聚合物封装及传感特性研究

把两种聚合物（HTC-1,THE-5）及金刚砂按一定比例均匀混合后,对光纤光栅（FBG）进行封装处理：封装后光纤光栅的应变和温度传感线性度非常好,均达到0.99以上,应变线性范围超过8000微应变,与裸光纤光栅的测试结果相比灵敏度系数提高了3.5倍,温度灵敏度系数提高7倍左右,抗压强度为65 Mpa,完全满足土木结构的智能监测需要.     

光纤光栅传感特性的研究

通过对光纤光栅传感技术的研究,分析了光纤光栅的温度、应变传感特性,对光纤光栅的应变.温度传感特性进行了实验研究,论证了光纤光栅传感技术用于应变测量的可行性。     

保偏光纤偏振耦合应力传感器的研究

作用在保偏光纤上的横向应力可以引起偏振耦合现象,通过测量耦合强度可以检测应力的位置和大小,实现应力传感.设计了应力施加装置,包括底座、手动微位移台、数显测力计、施力探头、旋转台、光纤夹持机构和受力支架.在1根直径125μm,拍长2.1 mm的保偏光纤上进行了应力大小和作用长度对偏振耦合强度影响的实验研究.结果表明作用长度为拍长一半的奇数倍时,耦合强度最大.在部分区域耦合强度和应力大小成线性关系,可应用于应力传感器中.     

光纤光栅聚合物封装及传感特性研究

把两种聚合物(HTC-1, THE-5)及金刚砂按一定比例均匀混合后,对光纤光栅(FBG)进行封装处理:封装后光纤光栅的应变和温度传感线性度非常好,均达到0.99以上,应变线性范围超过8000微应变,与裸光纤光栅的测试结果相比灵敏度系数提高了3.5倍,温度灵敏度系数提高7倍左右,抗压强度为65 Mpa,完全满足土木结构的智能监测需要。     

裸光纤Bragg光栅的温度传感特性研究

从理论上分析了光纤Bragg光栅的温度传感原理,并通过实验对裸光纤Bragg光栅的常温温度特性进行了测试。实验结果与理论分析基本一致,证明裸光纤Bragg光栅在常温下的中心波长与温度变化呈良好的线性关系,为其用作温度传感器提供了理论和实验依据。最后,指出了光纤Bragg光栅温度传感器在实际工程化应用中所需要解决的问题。     

光纤Bragg光栅高温传感技术研究

从温度传感理论模型的角度研究了光纤Bragg光栅(FBG)的温度传感特性,推导了封装后的FBG温度传感器的温度响应灵敏度系数的解析式,分析了FBG的高温响应特性,提出了在高温环境中降低FBG的非线性响应效应的方法.实验结果表明,提高基体材料的热膨胀系数能有效降低FBG传感器在高温环境中的非线性的影响.     

抗恶劣环境的保偏光纤温度传感器

基于应力型保偏光纤传输常数差对温度的敏感性并利用偏光干涉技术,提出了一种反射型保偏光纤温度传感器并推导出传感方程。在传感器中采用宽谱光源抑制了输入/输出光纤中偏振耦合引起的误差,特性分析表明这种传感器实用、精度高并且配置灵活。实验结果与理论完全吻合,其噪声等效可探测温度精度达0.01℃。根据大型电力变压器的绕组温度监测要求,研制出一套远程多路温度传感器系统。采用特殊的涂覆和密封石英毛细管封装技术,保证光纤传感头能在热油及250℃的高温下工作,而且具有很高的绝缘性。检测结果表明传感器在0~200℃内,达到了±0.5℃测量精度。     

抗恶劣环境的保偏光纤温度传感器

基于应力型保偏光纤传输常数差对温度的敏感性并利用偏光干涉技术，提出了一种反射型保偏光纤温度传感器并推导出传感方程。在传感器中采用宽谱光源抑制了输入/输出光纤中偏振耦合引起的误差，特性分析表明这种传感器实用、精度高并且配置灵活。实验结果与理论完全吻合，其噪声等效可探测温度精度达0.01℃。根据大型电力变压器的绕组温度监测要求，研制出一套远程多路温度传感器系统。采用特殊的涂覆和密封石英毛细管封装技术，保证光纤传感头能在热油及250℃的高温下工作，而且具有很高的绝缘性。检测结果表明传感器在0-200℃内，达到了±0.5℃测量精度。     

全保偏M-Z型光纤磁场传感系统实验研究

报道一种基于全保偏Mach Zender型干涉检测的光纤磁场传感系统。采用TbDyFe磁致伸缩材料,在长度约为10cm的裸保偏光纤上环绕了一层厚度约为2μm的膜,大大提高了磁致伸缩材料与光纤的附着性能,解决了光纤弯曲问题。选用保偏光纤耦合器、保偏光纤偏振器,构成包括传感部分在内的全部保偏的Mach Zender型光纤传感系统,从根本上抑制了系统偏振噪声;利用主动相位补偿法有效地消除了干涉仪系统的相位漂移。对系统的直流偏置和交流磁场响应特性进行了测试。实验结果表明,系统的相位随磁场变化的灵敏度为0.45458rad/mT,可检测的磁场分辨率达到2×10-8T。     

光纤布拉格光栅的高温特性研究

采用相位掩模法制作的掺Ge石英光纤布拉格光栅(FBG)作为实验对象,监测FBG从30℃到850℃谐振波长随环境温度的变化,研究FBG的高温特性。实验结果表明,FBG处于30℃～690℃时,其谐振波长与温度间有良好的线性关系;随着温度的升高,FBG的谐振波长温度关系开始偏离其原有的线性;在温度达到837℃时,FBG的光栅特性消失;如果FBG工作在失效温度范围以内,则FBG具有良好的重复性。通过分析研究,提出了用原子弹性模型解释FBG在高温状态下失效原因的新观点。     

保偏光纤长周期光栅特性的研究

报道了写于熊猫光纤上的长周期光栅特性的实验研究结果。测得了对应于熊猫光纤两个轴的长周期光栅谐振峰的温度和应变响应系数。结果表明，在所研究的温度和应变测量范围内，温度和应变响应曲线具有良好的线性。快、慢轴谐振峰的温度响应系数及应变响应系数具有相反的符号。还研究了该熊猫光纤长周期光栅的金属化特性，结果表明，在所测量的范围内，谐振峰的波长随所加的功率线性增加，而谐振峰损耗量的变化小于0．3dB。基于平板波导耦合理论，对实验中观察到的现象给出了定性的解释。     

光纤布喇格光栅应力双折射的研究

实验研究了侧向挤压作用下的光纤布喇格光栅(FBG)产生的应力双折射现象,提出了一种消除横向应力对温度交叉敏感的简单而又有效的方法,从理论和实验上进行了分析与验证.研究表明,对FBG施加侧向挤压产生的双折射导致普通光纤布喇格光栅存在两个满足布喇格条件的反射光谱,且双峰间距在100 ℃的温度范围内变化了0.055 nm,利用该双峰间距的变化可消除温度传感中横向应力对它的交叉敏感,实现对温敏系数的修正及温度的校正,实验中测得的原始温敏系数是0.013 8 nm/℃,对温敏系数修正了0.005 nm/℃,对变化的温度校正了4 ℃.     

基于保偏光纤的光纤应力传感器研究与设计

为了提高光纤应力传感器的抗干扰能力,提出了一种基于保偏光纤的光纤应力传感器设计方案.该方案主要利用保偏光纤的高双折射机理,通过光偏振度的变化来反映外界应力的变化.还给出提高系统性能的一些措施.实验表明,该系统能准确检测出光纤弯曲程度的变化.