一种基于复合金属薄膜的EFPI型光纤声波传感器

采用非本征法布里-珀罗干涉(EFPI)方案,设计了一种基于铬金复合金属薄膜的声波传感器,采用基于快速傅里叶变换的相位解调方法解调光纤端面和换能薄膜之间的白光干涉,提高了相位灵敏度。实验结果表明,传感器在声波频率5～1 000 Hz内,灵敏度保持在-119.98～-120.99 dB re 1 rad/μPa范围内,灵敏度变化小于1.01 dB,具有较宽的响应平坦区间;在频率150 Hz,声压0.18～5.30 Pa的范围内工作稳定,且声压和相位之间具有良好的线性关系。     

基于相位生成载波解调的光纤FP传声器的研究

本文针对基于相位生成载波解调的光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot,FP)传声器展开了研究。经过反正切函数,提取传声器的相位信息,降低了激光器对信号的影响,实现了声信号的还原。通过采用数字化归一化参数实时估计方法和相位累加算法,分别减小了信号对相位调制深度的依赖性和消除反正切函数对信号幅度的限制。在实验中,通过采用对比法,测试了基于相位载波生成解调的光纤FP传声器的性能。实验结果表明,基于相位载波生成解调的光纤FP传声器的灵敏度可达273m V/Pa@1k Hz,其频率响应为50Hz^5k Hz@±3d B。本文的研究能够很好的应用于语音通讯和声探测等领域。     

基于法布里-珀罗干涉的光纤倾角传感技术研究

提出一种基于法布里—珀罗(Fabry Perot,F P)干涉的光纤倾角传感器,该传感器由单模光纤和毛细管组成。首先,分析光纤干涉原理和倾角传感原理;然后,制作封装光纤倾角传感器;最后,完成光纤F P传感器倾斜实验,通过对采集得到的数据分析得到传感器倾角的响应特性,并进行温度实验探究温度对传感器波长漂移的影响。实验结果表明:在0°～10°测量范围内,测量角度和反射波长呈线性关系,倾角灵敏度为02031nm/°,线性度为099707;在45～49℃温度范围内,温度灵敏度为4777nm/℃,线性度为099934。该传感器具有结构简单、成本低、灵敏度高等特点,具有广阔的应用前景。     

基于直接相位解调的双光纤法布里-珀罗位移传感器

条纹计数法解调精度受限,而常用的高精度外差调频解调法(如相位生成载波法、线性调频法),在光源调频过程中伴生有幅度调制并且调制解调系统复杂。提出了一种基于双光纤光路相位解调的法布里-珀罗(F-P)位移传感器,原理上省去了光源调频过程,在提高检测精度的同时,成本与条纹计数法相当。与已有报道的双光路结构不同的是,该传感器对两干涉光路之间相位差无严格要求,安装调节简单,降低了传感器的工艺难度。位移测量实验结果表明,该传感器在0～500μm的测量范围内,线性度为1.1%,误差限值为±3μm。     

级联FPI-MZI复合干涉光纤传感器双参数特性研究

为了实现工业生产过程中温度和溶液质量分数的同时测量和传感检测, 提出了一种由法布里-珀罗干涉仪(FPI)和马赫-曾德尔干涉仪(MZI)级联干涉结构构成的双参数传感器。该传感器由融合在一起的单模光纤(SMF)和空芯光纤(HCF)组成。采用同时测量FPI反射光谱和MZI透射光谱的特征波长位移的方法, 获得了FPI和MZI对温度和折射率的灵敏度差, 建立了传感器温度-质量分数灵敏度矩阵, 实现了传感器双参数的测量。结果表明, 在40℃~150℃的温度范围内, FPI的温度敏感度为10pm/℃, 而MZI的对温度不敏感; 在质量分数0.05~0.40的范围内, FPI对折射率不敏感, 而MZI质量分数灵敏度是232.3nm/RIU; 该传感器可以实现温度与溶液质量分数的同时测量。该研究为石油、化工、电力、钢铁、机械等加工行业中双参数的动态测量提供了参考。     

基于光纤F-P干涉波长的溶液浓度测量系统研究

为了消除光源强度波动对测量结果的影响，根据溶液浓度与其折射率的关系和光纤法布里珀罗(F—P)干涉仪透射光谱中心波长与干涉仪腔内介质折射率之间的关系，利用其透射光谱的中心波长进行透明溶液浓度的精确测量，开发出测量实验系统。采用可调光学滤波器对传感信号进行采集。对浓度为5％～80％的酒精进行了实际测量实验，浓度最大测量偏差为0．003％。该系统具有如下特点：1)与CCD测量技术相比，采用法布里-珀罗干涉系统透射光谱的波长信号进行溶液浓度测量，可实现连续大范围、高精度测量；2)消除了光源波动对测量结果的影响，可实现连续高精度测量，且测量范围宽；3)直接利用光电探测器PIN进行传感信号的检测，使系统计算简单；4)便于实现分布式遥测系统；5)直接拟合出F—P干涉波长与溶液浓度之间的关系，使其更适合于工程实际的应用。     

基于F-P腔干涉的两段式光纤传感器

一般的传感器灵敏度高,但体积大,不便于封装。法布里-珀罗(F-P)腔型传感器结构简单、体积小和封装容易等优点获得了广泛关注。通过熔接2段不同折射率光纤,并将传感光纤包层去掉、浸泡在待测液体中,构成了F-P腔折射率传感器。传感器的最小分辨率为3.0135×10-4,传感光纤长度仅为15μm,尺寸远小于其它F-P腔干涉仪,并且对传感光纤长度精度要求很低,便于制造。     

基于双金属膜的光纤MEMS温度传感器的设计

提出了一种新型结构的温度传感器,该传感器基于Fabry-Perot干涉和双金属效应.采用MEMS技术制作出线性度好、精度高的光纤MEMS温度传感器.阐述了传感器的工作原理,研究了传感器的力学模型,确定了温度敏感膜材料,用有限元软件ANSYS验证了模型的合理性.模拟了法珀腔的腔长对温度传感器性能的影响,为传感器的加工制作提供了理论依据.该设计可为以硅为基底的压力传感器提供一种温度补偿方法.     

近红外波长扫描激光高精度FBG解调系统

光纤布拉格光栅（FBG）由于其轻巧、规模小、不受电磁干扰和复用能力的影响等优点,广泛用于监视结构健康、机械运行、航空航天和其他领域。引入可调谐扫描激光（TSL）来研制近红外（NIR）范围内的精确光纤布拉格光栅（FBG）波长解调系统,实现高速度、宽范围、高精度的解调。采用一种光纤法布里-珀罗标准具（FFPE）用作波长标记以提取波长在细分波长扫描范围内实现分段线性解调,解决可调扫描激光器带来的非线性问题。引入了另一种光纤法布里–珀罗标准具,实现解调的高精度校准。提出一种多项式最小二乘曲线拟合算法,进一步提高解调的准确性和稳定性,利用了波长范围为1525~1565 nm的近红外波长扫频激光器,得到了非常优异的结果,解调系统的精度为±0.5 pm,实现了高精度、简易化和小型化。     

基于干涉法的光纤光栅波长移位解调方案

光纤光栅波长位移的解调是实现传感系统的关键技术。分类阐述了基于干涉法的光纤光栅波长移传的解词方案,分析了各个方案的解调机理和特点。     

基于外差解调的分布式光纤传感系统设计

提出了一种基于双脉冲外差解调的分布式光纤传感系统。从理论上分析了系统的传感原理及信号解调方法。根据系统结构及原理,搭建了双脉冲外差分布式光纤传感实验系统,并进行了初步的实验研究。实验结果表明,在传感距离为300m的情况下可以将末端施加的干扰信号解调出来。     

全光式石英增强光声光谱系统光纤法珀解调技术研究

基于光纤法珀工作点稳定技术提出了一种适用于全光式石英增强型光声光谱(QEPAS)探测技术的光纤法珀解调系统。利用可调谐光纤激光器作为探测光源,采用法珀干涉光强的直流信号作为误差反馈信号,将工作点锁定在正交相位点上,提高光纤法珀系统的稳定性,从而提高了光声信号探测的准确性。将其应用于全光式石英增强型光声光谱气体探测系统,并在开放环境中完成了对水蒸气的探测实验,得到其归一化噪声等效吸收系数为1.81×10-7W(cm·Hz)。实验结果表明,相比于一般的全光式石英增强型光声光谱系统,该方法的探测灵敏度提高了1.2倍。     

基于波分复用的光纤多防区周界传感系统

提出了一种新的光纤多防区周界传感系统,采用波分复用技术实现了监控防区和通道的扩展。该系统对传统采用单根传感光纤和反射镜的结构作了改进,并扩展了传感光纤的数量,将多根传感光纤分别置于监控领域内的不同防区,每个防区分别用不同中心波长的光纤布拉格光栅作为反射装置,使每根传感光纤工作在不同的波长。利用波分复用器件与技术,多根传感光纤共用一套干涉系统,实现了多个干涉子系统同时、独立的监测。实验结果表明,该系统可以实现多个分散防区同时、独立的入侵检测和定位,信号响应时间小于1ms,不同防区间信号的串扰小于-20dB。     

光纤Michelson干涉仪干涉条纹对比度的研究

通过实验测定了光纤Michelson干涉仪输出的干涉信号,并由此计算了干涉条纹对比度.从条纹对比度的拟合曲线出发,分析了可能影响光纤干涉仪干涉信号对比度的主要因素,为实验中条纹对比度的进一步提高提供有益的参考.     

FP干涉仪式光纤传声器数学模型

根据FP干涉仪式光纤传感器原理结构,通过分析敏感机理,采用声力电类比方法,得到FP干涉式光纤传声器等效线路图,并进一步综合光学、声学、电学、力学原理,得到了FP干涉式光纤传声器数学模型,并利用模型讨论了给定几何尺寸、材料参数下光纤传声器的灵敏度。通过模型预测光纤传声器的灵敏度可达280mV／Pa,制作的样机的灵敏度为240mV／Pa,模型预测的灵敏度与样机的灵敏度基本一致。该模型可以用来指导FP干涉式光纤传声器的研发,对其他类型的光纤传声器也有很好的借鉴作用。     

基于F-P扫描干涉仪的长周期光纤光栅传感解调系统研究

利用F-P扫描干涉仪的滤波特性,提出了一种可应用于长周期光纤光栅传感解调的新方法.即利用F-P扫描干涉仪对长周期光纤光栅的某一级透射谱进行波长扫描,通过探测器实现光电转换,电压比较器对滤波光束电压进行比较,检测最小电压,借助F-P驱动电压进行定标确定传感元的波长,实现信号解调.通过与光谱仪监测值进行对比,得到实验结果与监测值基本吻合,且具有很好的重复性.     

全光纤电流互感器的新型调制解调方案研究

介绍了一种采用新型调制解调方案的全光纤电流互感器。该方案采用归零方波调制相位调制器,以正弦波信号作为本振信号实现模拟相干解调,对采样信号做数字信号处理(有限脉冲响应滤波、滑动平均滤波)完成阶梯波反馈补偿并实现电流闭环检测。对实验结果的分析表明,该方案能实现大电流闭环检测,在室温条件下、额定电流1000 A时达到IEC 60044-8:2002标准0.2级,具有实际应用价值。