光纤Bragg光栅应变传感研究

基于光纤Bragg光栅应变传感模型 ,利用泰勒级数展开法 ,将光纤Bragg光栅反射峰中心波长所满足的Bragg方程展开 ,得到了中心波长相对偏移量与应变增量之间的二次解析关系式 ,进而得到了光纤Bragg光栅一阶、二阶应变灵敏度系数的解析表达式 ,计算了一阶、二阶应变灵敏度系数的理论值 ;并将光纤Bragg光栅粘贴在悬臂梁上进行拉伸和压缩 ,得到了与应变对应的光纤Bragg光栅中心波长偏移量 ,通过线性和二次多项式拟合 ,得到了光纤Bragg光栅一阶、二阶应变灵敏度系数的实验值 ;各阶应变灵敏度系数的理论值与实验值吻合得到很好     

光纤光栅无应力毛细铜管封装及温度特性实验

为克服裸光纤布拉格光栅(FBG)脆弱易折断的缺点,提出了一种聚合物和毛细铜管相结合的封装工艺。先用丙烯酸酯对栅区进行二次涂覆,再将二次涂覆后的FBG封装在毛细铜管内,FBG在毛细铜管内处于有余长无应力状态,二次涂覆为裸FBG提供了有效的保护。测试结果表明,二次涂覆并没有改变FBG的温度灵敏度;较薄的涂覆厚度保证了涂覆的均匀性和涂覆后光谱的质量;无胶空管封装方式消除了聚合物内部应力对温度测量精度的影响。封装后的温度特性实验表明,FBG传感器线性度为0.999 29,温度灵敏度为13.675pm/℃,重复性较好。     

基于光纤Bragg光栅的生物膜厚度及温度传感器

提出一种基于单端腐蚀结构的光纤Bragg光栅(FBG),用于膜反应器内生物膜厚度和温度的同时测量.给出单端腐蚀FBG对外部介质折射率(SRI)与温度同时测量的理论模型,制作腐蚀区直径约为7.1～7.4μm的单端腐蚀FBG传感器.实验结果表明,传感器在SRI为1.333～1.355内具有较好的线性度,折射率灵敏度为6.8...     

光纤Bragg光栅液氦环境下温度传感特性的研究

进行了液氦温度(4.2 K)到室温(298 K)温区内光纤Bragg光栅(FBG)温度传感性能的实验研究.重点分析了液氦温度(4.2 K)到液氮温度(77 K)FBG的温度传感特性.实验表明:FBG传感特性与温度相关.在50 K以下,温度响应基本没有变化;50 K-77 K,波长偏移量随温度上升变化不规律;150 K-298 K传感特性近似成线性.对比裸光栅与涂敷光栅,涂敷光栅的温度灵敏度远大于裸光栅的温度灵敏度.选用外加热膨胀系数大的聚合物封装,可以显著提高FBG的温敏系数和线性度.     

基于弹性管的光纤布拉格光栅加速度传感研究

为实现光纤光栅加速度测量,提出了一种基于弹性管的两点式封装光纤布拉格光栅(FBG)加速度传感器。首先理论分析了其传感原理,并建立了其响应灵敏度的解析表达式,通过引入加速度理想灵敏度的概念,讨论了此类型加速度灵敏度的频率响应;其次,基于该模型设计了FBG加速度计,实验研究了加速度的幅频响应特性、谐振频率和加速度的线性响应。结果表明:在小于共振频率的低频段具有较好的平坦区,加速度与波长具有较好的线性关系,线性度为99.8%,加速度响应灵敏度为63.0pm/G。实验值与理论值的相对误差为0.98%,实验与理论吻合的较好。     

高灵敏度稳定光纤光栅温度传感器的研究

为了提高光纤Bragg光栅(FBG)的温度灵敏度,设计了一种双金属FBG温度增敏装置。增敏装置利用不同金属热胀系数的差异和巧妙的增敏结构,大幅度提高了FBG的温度灵敏度。从理论分析了增敏结构的增敏原理,并给出了波长温度响应关系式。使用此增敏装置制作了一种高灵敏度的FBG温度传感器。为了保证FBG长期固定的稳定性,在制作传感器时使用了低熔点玻璃焊接工艺。实验中,测得增敏FBG温度传感器的温度灵敏度系数达到345.9 pm/℃,是裸FBG的35倍,线性度为0.999 89。对增敏前和增敏后的FBG反射谱进行了对比,结果表明,增敏装置对FBG反射光的功率和反射谱的形状影响很小。对增敏FBG温度传感器的稳定性进行了测试,并用裸FBG作为参考,测试结果显示,增敏装置对FBG的稳定性没有造成影响。     

基于逐点法刻写的偏芯光纤布拉格光栅应变和温度传感研究

为解决当前光纤光栅制备灵活性较低,以及测量中不利于实现分布式波分复用的问题,提出了一种于基于逐点法刻写的偏芯光纤布拉格光栅传感器(eccentric fiber Bragg grating,EFBG)。采用飞秒激光(femtosecond laser,FSL)逐点刻写技术,光栅刻写位置垂直偏离光纤中心3μm,光栅长度为5 mm,光栅中心波长为1633 nm。不同于传统光纤光栅,偏芯结构的光栅可以激发出较宽的包层模共振范围,通过分析包层模共振峰的波长漂移量,表征施加的应变大小或温度高低。实验结果表明,应变测量范围在0—500με时,包层模灵敏度为0.98 pm/με,温度测量范围在30—80℃时,包层模灵敏度为10.89 pm/℃,并且包层模灵敏度相比芯模灵敏度数值相差较小,从而可以实现应变或温度的传感测量。     

单光纤光栅对温度与应变的同步测量

提出了一种采用单光纤布拉格光栅(FBG)进行温度与应变同步测量的新颖设计。一根FBG被分成等长的两部分,用环氧胶水涂敷在其中一部分的表面,再套上金属套管,此时可以看成具有不同的布拉格波长的2个FBG,利用它们之间不同的杨氏模量和热膨胀系数,应变和温度能够同步测量。实验结果表明,在2700με和75℃的测量范围内,可以达到约6.1με和1.0℃的应变和温度精确度,误差主要来源于光谱仪分辨率的限制和FBG其中一部分的胶水涂抹不够均匀,通过使用高分辨率的解调仪和提高胶水涂抹工艺可得到更高的测量精确度。     

光纤Bragg光栅在77 K环境下的温度传感性能研究

进行了从液氮温度(77 K)到室温(286 K)的光纤Bragg光栅(FBG)温度传感性能的实验研究.结果表明,FBG的温敏系数与温度相关.低于210 K,FBG的温敏系数变小,这将限制低温环境下FBG作为温度传感器的使用.通过在裸FBG外部涂敷热膨胀系数为61×10-6的丙烯酸脂材料,可以显著提高FBG的温敏系数和线性度.80 K时,有丙烯酸脂包层材料的FBG温敏系数为0.015 26 nm/K,而同温度条件下裸FBG的温敏系数仅为0.00449 nm/K.     

光纤光栅在船舶结构状态监测中的应用

大型船舶航行于复杂的海洋环境中,受到风浪、海流、撞击等各种载荷的影响,因此船体必须具有足够的强度。光纤光栅传感器体积小,灵敏度高,抗电磁干扰、耐腐蚀能力强,能有效测量船体各部位的受力变形,为船舶在运行过程中提供监测和评估。本文设计制作了适合船用封装的光纤光栅(FBG)传感器,并对其进行了温度和应变传感特性测试。最后分析了光纤光栅船舶状态监测系统的组成及实施方案,对进一步深入研究具有指导作用。     

应用在油气管线的光纤光栅温度压力传感系统

为了提高光纤光栅的温度和压力灵敏度系数以满足实用化对灵敏度精度的要求,对光纤光栅进行封装设计。得到封装后的光纤光栅温度和压力灵敏度系数分别为0.052nm/℃和0.8208nm/MPa,分别为裸光栅的5倍和273倍,且传感器的温度和压力响应与光栅反射波长成良好的线性关系。通过半个月的油气管线现场实验,测得光纤光栅温度压力传感器与油气管线的电类传感器的测量值符合得特别好,该温度和压力传感系统满足了温度和压力的实时测量。     

化学镀Ni-Zn-P FBG及其温度传感特性

通过化学镀和电镀的方法使光纤布拉格光栅金属化,可对光纤光栅进行保护、增敏,使其具有可焊性,进而可通过焊接嵌入金属或封装在表面监测工作状态。采用化学镀Ni-Zn-P方法对光纤布拉格光栅进行了金属化,通过体视显微镜和金相显微镜观察Ni-Zn-P镀层;对化学镀后的光纤光栅进行了30~70℃温度传感试验,分析了传感特性。结果表明:化学镀后的光纤与镀层结合良好,具有导电性可以进一步电镀;化学镀光栅与裸光栅相比温度传感灵敏度提升1.1倍,存在迟滞误差,随静置时间的推移灵敏度不变,迟滞误差减小。残余应力是产生迟滞误差的主要原因,分析讨论了残余应力的来源和残余应力对金属化光栅中心波长的影响。     

一种高灵敏度光纤Bragg光栅温度传感器

设计了一种基于光纤Bragg光栅(FBG)的高灵敏度温度传感器,分析了它的温度传感特性。该温度传感器的灵敏度为0．474nm／℃,是裸光栅的45．9倍;线性度为0．9988;通过调节有关参数可进一步提高或选择合适的灵敏度;通过改变参数可以调节该传感的传感区段,可用于常温下的温度测量。     

An optimized distributed fiber Bragg grating sensing system based on optical frequency domain reflectometry

In this paper,the waveforms in time domain and frequency domain of two kinds of optical frequency domain reflectometry (OFDR) sensing systems are compared,which use common fiber Bragg grating (FBG) and...     

一种新型具有温度补偿功能的光纤光栅交流电流互感器

为了消除温度对实现电流测量的影响,提出了一种具有温度补偿 功能的光纤Bragg光栅(FBG)交流电流互感器。利用两个FBG和超磁致伸缩材料(GMM)组成的 传感单元分别放置在两个相邻对称的铁磁回中,并加上两个方向相反的直流偏置磁场,利用 匹配检测方法对两只FBG进行解调,实现交流的测量。测量结果表明,在温度的影响下,系 统的静态工作点几乎未发生变化,在线性区测得最大电流为93.78A , 可获得1.68%的满量程精度。这种FBG电流传感器不仅可以测量交流电 流,也可以实现直流电流的测量。     

可实现温度降敏的金属化光纤布拉格光栅

针对光纤布拉格光栅(FBG)传感器用于精确测量应力/应变场合时需屏蔽或补偿其温度灵敏性,本文在FBG化学镀Ni保护的基础上加入ZrO2微粒,形成Ni-ZrO2化学复合镀层,既具有金属镀层的保护作用,同时又实现了FBG的温度降敏。经元素分类扫描(EDS)测试,Zr元素的质量含量为30.12%,Ni元素的质量含量为67.87%;经扫描电镜(SEM)检测,复合镀层与FBG传感器结合紧密。对两支Ni-ZrO2化学复合镀保护的FBG传感器进行了多次30～90℃的温度传感实验,相比于化学镀Ni的FBG,其温度灵敏系数平均下降了34.59%。这表明,经Ni-ZrO2化学复合镀保护的FBG传感器具有温度降敏的特性。     

基于窄带光纤光栅的单边带调制及其传输特性

利用自制的窄带光纤Bragg光栅(NFBG)获得了单边带(SSB)调制信号,并在标准单模光纤(G.652)上分别进行双边带(DSB)和SSB调制信号的传输,传输了155 km G.652后采用自制的啁啾光纤Bragg光栅(CFBG)进行色散补偿.结果表明,在同样的入纤光功率下获得相同的误码率(BER),SSB信号的功率代价比DSB信号的小,在BER为E-12数量级时,SSB信号的功率代价比DSB信号小0.8 dB.     

新型光纤Bragg光栅振动传感系统

分析并实验研究了一种基于机械感生长周期光纤光栅(MLPFG)解调的新型光纤Bragg光栅(FBG)振动传感系统。利用机械线加工技术(MLPT)为制作周期为600μm、长为60mm的不锈钢槽板,采用机械感生法写制了中心波长1539.820nm、谐振线性边带大于6nm的MLPFG作为滤波器。选用中心波长为1542.400nm、3dB带宽为0.3nm的FBG设计振动传感器,通过附加电磁阻尼提高了稳定性,扩大了无失真频率测量范围。实验表明,该振动传感系统具有良好的动态响应特性,响应频谱与激振信号完全吻合,频率测量范围为10～3×103kHz,并具有良好的冲击振动响应。     

一种实用的光纤Bragg光栅压力传感器

设计了一种弹性圆筒为衬底的光纤Bragg光栅(FBG)压力传感头,采用参考光栅补偿温度变化对FBG测量压力的影响。在温度为20～100℃、压力为0～20MPa的范围内测试了传感器的特性,并给出了修正温度变化后压力引起波长漂移的实验曲线。结果表明,传感器压力灵敏度为-0.0127nm/MPa,其绝对值约是裸FBG压力灵敏度的4倍,实现了压力增敏。传感头采用密封设计,避免了液体和气体的渗漏,通过选择不同的内径和壁厚,可调整传感头的量程和灵敏度。     

啁啾光栅解调的准分布式光纤Bragg光栅传感器

为了提高光纤Bragg光栅(FBG)的应用范围.提出一种线性啁啾光栅(CFBG)解调的准分布式FBG传感系统.利用波导理论分析了CFBG特性;利用传输矩阵法推导了CFBG反射谱模型及波长与相位延迟的关系,并给出了相位延迟曲线.实验表明:所设计的系统应变测量范围为0～2000 με,温度测最范围为0～80℃;相位变化与被...