基于正交光纤光栅阵列的负载感知系统研究

为了避免在装配中夹持力过大损坏产品或太小产生滑落的问题,采用了光纤传感智能感知的方法,设计了一种基于正交光纤光栅阵列的负载感知系统.感知模块采用光纤光栅两两相互垂直的方式排布,获取夹持平面两个正交方向的横向剪切力,从而分析夹持状态.实验中采用两个5.0cm×5.0cm的橡胶块制成负载感知模块,通过仿真定量分析了不同参量...     

基于可调F-P滤波器的光纤光栅传感器阵列查询技术

利用可调 F- P滤波器对四个光纤光栅组成的传感器阵列进行波长扫描 ,借助示波器和探测器对滤波光束的时序分布进行观察 ,实现地址查询。比较波长漂移前后传感阵列的反射谱 ,可用于解调 ,实验结果与预期值基本一致。选用反射率相差悬殊的光栅作传感元 ,有利于增加测量范围     

光纤光栅传感器阵列在空间温度场测量中的应用

提出了一种基于光纤光栅(FBG)的温度传感测量系统,其可应用于空间温度场的分析与研究。该系统主要由FBG阵列、光纤解调仪和上位机组成,可以在复杂的环境下进行实时多点测温,实现对环境中的温度场进行监控与温度记录。经实验验证,该测量系统准确的实现了对空间中各点温度的实时测量。该系统具有空间分辨率高,响应速度快,抗电磁辐射等特点,为空间温度场研究及特殊工况下的温度场监测提供了有力手段。     

光纤水听器阵列的多路复用技术

光纤水听器作为目前水下声场探测灵敏度最高的器件,所具有的优异性能,使其成为未来新型声纳装置的最佳选择。采用多路复用技术的分布式阵列则是光纤水听器应用研究的发展方向。文章介绍了目前国外光纤水听器阵列多路复用技术的研究状况,而且对几种常用多路复用技术的工作原理分别作了分析。     

基于达曼光栅耦合的光纤阵列能量传输系统

利用光纤阵列传输高功率光能,并针对基模高斯光,提出了一种通用的满足达曼光栅分束耦合约束条件的参数设计方法.首先,确定了系统组成元件并建立数学模型.然后,利用MATLAB软件仿真1×6达曼光栅分束,得到的子光斑束腰半径为20.31 μm、两两间距为127.7 μm,其总衍射效率为84.50％、不均匀度为0.23％.由光栅...     

多点光纤光栅测温系统在渗流监测中的应用研究

为了监测土石坝内的渗流水的情况,提出一种多点光纤Bragg 光栅传感器(FBG)的结构,采用InGaAs光电探测器阵列探测光强的光纤光栅传感阵列的波长解调方法。根据室内实验结果,对多点光纤光栅传感系统的可行性和监测数据的可靠性进行分析, 给出用于坝体温度场监测的光纤光栅传感器波长温度响应灵敏度可达到0.0091nm/℃。工程中采用电热脉冲方式对传感器附近小范围的土壤进行加热,使其与水的温度形成一定的温差,实测结果表明可以利用光纤光栅传感器监测温度异常的方法判断是否发生渗流, 从而实现对坝体内集中渗漏点的定位和自动监测。在系统防雷击、抗干扰性方面, 采用光纤光栅传感监测系统与传统仪器相比具有明显优势。     

耐高温光纤布拉格光栅阵列在线制备与性能研究

提出了一种耐高温光纤布拉格光栅阵列（FBGA）的制备方法。通过在拉丝塔上以聚酰亚胺作为涂层材料,利用相位掩模版技术和单脉冲在线刻写光栅,经过多次涂敷、烘干以及最后酰亚胺化,成功得到涂层直径为145～150μm,中心波长范围为（1551.35±0.1） nm,反射率为0.06%,传输损耗为1.601 dB/km@1550 nm的聚酰亚胺涂层光纤布拉格光栅阵列（PI-FBGA）。然后对PI-FBGA的热稳定性和可靠性进行研究,结果表明,在线制备的PI-FBGA具有良好的热稳定性及可靠性,能够在300℃以下长期使用,300～400℃可短期使用。该传感光纤的成功制备扩大了常规在线弱光栅阵列的应用范围,在石油化工、环境监测、航空航天等领域具有广阔的应用前景。     

基于光纤的润滑油在线监测系统

在分析了油液污染产生的原因及其对机械设备的危害的基础上,利用油液中悬浮颗粒对光线的吸收,结合光纤传感系统的优点设计了油液光纤监测传感器.实验结果表明,该系统可以在一定程度上检测油液的污染度,在机械设备的实时在线监测中具有一定的应用价值.     

连续光栅阵列光纤传感技术及应用

相比于传统分布式光纤传感,连续光栅阵列光纤传感技术具有大容量、长距离、高密集等特点.主要综述了国内外连续光栅阵列的在线制备技术、解调方法及其典型应用,并对连续光栅阵列光纤传感技术的发展趋势进行了展望.     

基于波分复用器的光纤光栅振动传感器阵列

研究了一种用光纤光栅测量动态应变的阵列传感技术。在用基于3×3耦合器的非平衡光纤马赫-曾德尔干涉仪解调光纤光栅波长变化基础上,提出了通过波分复用器(WDM)来实现多个光纤光栅振动传感器的复用,测试了波分复用器对通道交叉干扰的影响,并同时测得了串联的3只光纤光栅的振动信号。讨论了使用这一技术时,工作环境和光源光强的变化对测量没有显著影响以及该技术可以用于高频信号的测量原因。该技术优点在于测量频率高、灵敏度高,不受光源光强度的影响,还可以获得不同测量点之间的相位关系。     

可实现多点测量的波分复用光纤氢气传感系统

随着实际应用的发展,核电站、飞行器发动机、气体燃料等领域均提出了进行大数量点数氢气监测的要求,但目前已有的光纤氢气传感系统仅能实现单点测量。为解决上述问题,将波分复用技术和光纤氢气传感技术相结合,设计了一种可实现多点测量的波分复用光纤氢气传感系统,阐述了该系统的基本原理、光路结构和技术优势,并从理论上分析了进行多点氢气监测的可行性。根据理论分析的结果,基于已有器材搭建了一套4通道的波分复用光纤氢气传感系统,同时设计了一套实验装置并利用该装置对传感系统进行了验证实验。通过对光纤链路各节点传输光光谱和传感头反射信号光功率的测试,验证了所提出的新型氢气传感系统不仅可以实现多点测量,而且各测点具有较好的独立性和性能,一小时内测量稳定性优于1%,测量范围达到了0～4%,基本误差优于2%。理论分析和实验结果对于研究大数量点数氢气测量技术及系统极具参考意义。     

可实现多点测量的波分复用光纤氢气传感系统

随着实际应用的发展,核电站、飞行器发动机、气体燃料等领域均提出了进行大数量点数氢气监测的要求,但目前已有的光纤氢气传感系统仅能实现单点测量。为解决上述问题,将波分复用技术和光纤氢气传感技术相结合,设计了一种可实现多点测量的波分复用光纤氢气传感系统,阐述了该系统的基本原理、光路结构和技术优势,并从理论上分析了进行多点氢气监测的可行性。根据理论分析的结果,基于已有器材搭建了一套4通道的波分复用光纤氢气传感系统,同时设计了一套实验装置并利用该装置对传感系统进行了验证实验。通过对光纤链路各节点传输光光谱和传感头反射信号光功率的测试,验证了所提出的新型氢气传感系统不仅可以实现多点测量,而且各测点具有较好的独立性和性能,1小时内测量稳定性优于1%,测量范围达到了0~4%,基本误差优于2%。理论分析和实验结果对于研究大数量点数氢气测量技术及系统极具参考意义。     

A distributed optical fiber sensing system for synchronous vibration and loss measurement

We propose a fully distributed fusion system combining phase-sensitive optical time-domain reflectometry (Φ-OTDR) and OTDR for synchronous vibration and loss measurement by setting an ingenious frequency sweep rate (FSR) of the optical source. The relationships between FSR, probe pulse width and repeat period are given to balance the amplitude fluctuation of OTDR traces, the dead zone probability and the measurable frequency range of vibration events. In the experiment, we achieve synchronous vibration and loss measurement with FSR of 40 MHz/s, the proble pulse width of 100 ns and repeat rate of 0.4 ms. The fluctuation of OTDR trace is less than 0.45 dB when the signal-to-noise ratio (SNR) is over 12 dB for a captured vibration event located at 9.1 km. The proposed method can be used for not only detection but also early warning of damage events in optical communication networks.     

基于合成光学相干函数的长距离分布式传感技术

研究了基于合成光学相干函数的长距离分布式光纤传感系统,阐述了系统工作原理,测量了10.225km光纤末端6个连续反射点,空间分辨率达到了2.20m,并验证了反射光解调信号强度与回波损耗的对应关系.     

分布式光纤温度传感系统测温精度的提高

设计了高精度分布式光纤传感测温系统,通过理论分析与数值仿真对影响系统的关键参数进行研究,针对不同定标精度选取特定参数值,将测温范围提高至30℃~160℃,测温精度提高0.02℃。     

光纤瓦斯多点传感系统的设计

差分吸收法是基于近红外光谱吸收、远距离监测气体浓度的重要方法.采用双波长差分检测法,选取1 653.7 nm作为甲烷气体的吸收峰,1 652 nm作为参考波长,设计了一种新型远距离多点测量的光纤瓦斯传感系统,可以对甲烷气体浓度进行实时检测.通过对光路链路损耗的预算及吸收系数的计算,综合考虑气室结构和数字信号处理电路等影响系统性能的重要因素,从理论上论证了该方案的可行性.系统的稳定性及测试灵敏度需通过实验验证,仍有较大的提高空间,同时也可用于实现其他气体浓度的监测和远程监控.     

面向敏感环境的反射式光纤传感防盗系统设计

为了解决在敏感环境中位置测试容易受到干扰的问题,提出了一种基于反射式光纤传感防盗系统。该系统采用T型光纤探头作为无源传感探头,反射配件安装于安防外壳表面,通过实时测试位置偏移量提供安防预警。探测模块通过预先测试最佳反射位置的方式,将光纤探头与反射配件固定于安防位置上。在获取激光回波信号的基础上,计算了关于位置的场强分布函数。在标定实验中,测试位置由0递增至5.0 mm,响应光功率最大值为18.76 μW,方差最大值0.124。当超过3.0 mm后的曲线单调性良好,符合系统设计要求。在不同干扰类型对比实验中,分别对比了湿度、温度、振动对系统测试结果的影响程度。实验结果显示,干扰项的光功率波动无论是线性还是非线性的,其波动范围小于4 μW,而真实人为打开条件下,其波动程度大于18 μW。与此同时,系统反演计算的位移偏移量也发生显著改变,相比干扰项的位移偏差均值大8倍以上。系统具有传感端无源、灵敏度高、实时性好等优势,可有效应用于敏感环境中的安防监测。     

共享激光器的分布式光纤气体传感系统

为了实现远端多节点的高效检测并降低成本,设计了一种新颖的分布式光纤气体传感系统。该系统采用共享一个工作于特种波长的分布反馈半导体激光器,将其置于一个本地控制节点内并通过双向光纤链路串联各远端检测节点,同时使用特殊设计的远端节点结构和光纤段,在每个检测节点,用两个Y型耦合器接入气室,将系统中信号分为上行流和下行流,避免来自其它节点信号影响并直接实现时分复用;并以三节点系统的瓦斯体积分数检测为例进行数值计算和实验。结果表明,激光二极管占总成本比重可由约60%降至约38%,且增加循环检测次数能使各节点测定气体体积分数的相对误差降低,首个节点的相对误差可降至0.2%以下,甚至更低,该方案能够精简高效地实现共享光源的分布检测。     

Near hexagonal close-packed optical fiber array for parallel optical interconnection

In conventional optical fiber based two-dimensional (2-D) parallel optical interconnection (POI), optical fiber arrays are aligned to 2-D light sources and detectors using precisely fabricated hole-plate or stacked V-groove plates. All these structures have problems in making positioning components and assembly with high accuracy. For polymer optical fibers with large diameter, the whole dimension of the array will be too large if they are positioned using V-grooves or hole-plate. This paper proposes a 2-D near hexagonal close-packed (NHCP) optical fiber array for 2-D POI. NHCP array has a cross-sectional profile of near-hexagonal lattice and with fibers precisely positioned at each node of lattice. Compared with perfect HCP lattice, NHCP lattice is slightly stretched in one dimension and still have all fibers with nonuniform diameter packed tightly with high packing fraction. The position of fibers in NHCP array is very important when aligned to 2-D light sources and detectors. This paper deduce the analytically expression for the probability distribution of fiber position which is related to variance of fiber diameter and structure parameters of NHCP array, and verified it by computer simulation. Experiment samples of NHCP array have been made showing that NHCP array is easy to be fabricated.