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...     

光纤光栅传感器信号解调方法综述

当光纤光栅传感器上的温度或应力发生变化时,布拉格反射波长也随之发生漂移,根据这个漂移量便可判断待测量大小,因此,人们提出了许多解调方法.文章论述了几种常用的光纤光栅传感器信号解调方法,分类评述了这几种方法的工作原理和性能,分别给出了其典型的实验原理图,并对其优点和缺点进行了分析比较.     

光纤光栅振动传感信号解调技术的研究

研究了一种基于掺Er超荧光光源(EDSFS)的滤波解调方法,分析了光源的输出功率谱形状。利用光谱中光功率密度与波长的线性关系,实现了光纤光栅传感信号的动态解调。建立振动测试系统,采用高精度差分变压器式位移传感器作为参考,对比讨论了两种传感器输出的时域波形和频谱。结果表明,在相同的条件下,二者的动态响应特性具有很好的一致性。由于系统的光源和解调部分合为一体,无机械调谐元件,很适合高速动态测量。     

A temperature-insensitive strain sensor using a fiber Bragg grating

A novel temperature-insensitive strain sensor based on a fiber Bragg grating is demonstrated. The front section of the fiber Bragg grating is fixed to a crystal plate, and the other section is linearly etched by HF acid. The reflected power and bandwidth of the grating vary linearly with strain and is insensitive to temperature variation.     

基于非对称F-P滤波器的光纤光栅解调技术

介绍了利用非对称光纤Fabry-Pérot（F-P）腔作为边沿滤波器的光纤光栅波长移位检测方案。基于薄膜干涉理论对该非对称F?蛳P腔的反射率响应关系进行计算与分析，得出该F-P腔的结构参数，改善了普通F?蛳P腔的反射特性，具有线性范围宽和线性度好的优点。利用该F-P腔的某一线性滤波边缘,将传感光栅的波长信息转化为功率信息进行检测，可完成光纤光栅的传感波长解调。采用该检测方案进行了光纤光栅应变传感实验,实现了在7 nm范围内的波长线性解调,测量波长分辨率为0.01 nm。     

基于FPGA的光纤光栅温度传感器高速解调系统

为了实现对光纤光栅温度传感器的高速解调,采用了一种基于现场可编程门阵列和小型光谱仪模块的光纤光栅温度传感器高速解调系统,利用放大自发辐射光源产生的近红外宽带光辐射,照射光纤光栅温度传感器,对其反射光通过高斯拟合寻峰算法确定中心波长,并由中心波长偏移量判定环境温度的解调方法,进行了理论分析和实验验证。结果表明,在30℃~60℃温度范围内,完成了解调速率达20kHz、温度灵敏度为12.49pm/℃的高速温度测量,实现了对光纤光栅温度传感器的高速解调。     

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。     

一种新颖的光纤光栅电流传感器

提出并验证了一种光纤光栅电流传感装置,该装置利用洛氏线圈把大电流转换为低电压,借助压电陶瓷的电致伸缩效应把低电压转换为光纤光栅布拉格波长的漂移,最后通过干涉解调技术把波长漂移信号转化为相移信号,由相移值确定待测电流的变化量.实验证明在0～400 A的范围内,电流传感灵敏度为0.0473 rad/A,与理论值0.0589 rad/A基本吻合.     

基于FBGA光纤光栅解调系统的实时校准方法

针对海洋仪器高精度、大范围、快速的测温需求,提出基于FBGA （Fiber Bragg Grating Analyzer）的光纤光栅解调方法,并针对其自身温漂现象提出一种基于F-P标准具的波长实时校准方法,进而减小系统误差,提高系统测试精度。通过对系统整体测试,引用实验数据具体说明采用提出的方法可使系统测温重复性绝对误差保持在±0.1℃以内,具有与MOI 系统（Micron Optics）相当的解调精度。采用本方法的解调系统具有优良的测试特性,同时小型化、低成本的优势使其更具有实用价值。     

基于保偏长周期光纤光栅的光纤环镜传感器

提出了一种基于保偏长周期光纤环形镜结构的光纤 传感器,可实现对湿度和温度两个参数的 同时测量。采用高频CO₂激光器在熊猫形保偏光纤(PMF)上写入长周期光纤光栅(LPFG),然 后与3dB单模 光纤(SMF)耦合器连接组成光纤环形镜,并在保偏长周期光纤光栅(PM-LPFG)表面涂覆一 层湿敏材料聚乙烯醇(PVA)薄膜用于获得空气的相对湿度。PM-LPFG的谐振峰波长强度和波长同时 随湿度 与温度的变化而变化,实现对外界相对湿度与温度的同时测量,相对湿度和温度的灵敏度分 别为0.17nm/%RH和0.21nm/℃。     

基于FP和MZ法的光纤光栅传感解调技术研究

提出将FP法与非平衡MZ法相融合的解调方法,采用气体吸收(GC)加标准FP腔波长标定技术,对解调系统光电检测电路噪声进行严格控制,实现高精度解调要求,并对光路功率进行计算和合理分配。实验表明,该方法不仅能够实现多点温度信号及缓变应力信号的检测,也能够实现高频动态参数的实时检测,兼有FP法与非平衡MZ法两种解调技术的优点。     

Temperature-independent fiber Bragg grating strain sensor using bimetal cantilever

A new packaged fiber Bragg grating using bimetal cantilever beam as the strain agent is presented. The grating is two-point attached on one specific surface of the bimetal beam which consists of two metallic material with different thermal-expansion coefficient. Thereby the grating can be compressed or stretched along with the cantilever beam while temperature varies and temperature compensation can be realized. At the same time, grating chirping can be avoided for the particular attaching method. Experiment results demonstrated that the device is able to automatically compensate temperature induced wavelength shift. The temperature dependence of Bragg wavelength reduced to −0.4 pm/°C over the temperature range from −20 to 60 °C. This fiber grating package technique is cost effective and can be used in strain sensing.     

一种新颖的高灵敏度光纤光栅压力传感器

提出一种双波纹管结构封装的高灵敏度光纤布拉格光栅(FBG)压力传感器,从理论分析了该器件的传感机理。研究结果表明,该FBG压力传感器可实现0～1.2 KPa压力测量,灵敏度达到688.2 pm/kPa,线性拟合度达到0.9973,适用于液位小范围变化的高精度检测。     

浮子式光纤Bragg光栅密度传感器

针对传统浮子式玻璃密度计测量人为因素影响的缺点,实现了易燃易爆液体密度的本安测量。浮子式光纤Bragg光栅液体密度传感器全部浸没在被测液体中,液体密度导致浮子受浮力作用,等强度悬臂梁发生挠度变化,粘贴在悬臂梁上的光纤Bragg光栅的Bragg波长发生移位,通过与传感器连接的光谱分析仪,得到Bragg中心波长移位量,算出被测液体的密度。通过试验,Bragg波长的移位-密度量为传感器的灵敏度,为1.2pm/kg/m^3,分辨率为0.83kg/m^3/pm。测量范围：0.000kg/m^3至2.459×10^3kg/m^3。     

基于光纤光栅的温度不敏感的倾斜传感器

提出了一种新型光纤Bragg光栅(FBG)的倾斜传感器,其结构由通过4根等长的刻有光栅的光纤悬挂在圆盘上的重物组成,4根光纤与圆盘的粘接点均匀分布在圆盘边缘,每根光纤的另一端共同下拉一重物,使每根FBG的受力均匀.当整个平台倾斜时,每根FBG的受力发生变化,从而导致每根FBG的反射(透射)中心波长发生变化,并通过光谱仪...     

靶式光纤Bragg光栅流速传感器的研制

设计了一种基于等强度悬臂梁的靶式光纤Bragg光栅（FBG）流速传感器,传感器利用杠杆结构将置于流体中迎流靶片所受的与流速成对应关系的冲击力转化成FBG波长的漂移,利用对称粘贴于悬臂梁上下表面的双FBG结构有效解决了温度与应变的交叉敏感问题。建立了流速与FBG波长变化幅度的关系,并采用流体分析软件FLUENT对放置靶片...     

Temperature-insensitive fiber Bragg grating strain sensor

A fiber Bragg grating strain sensor,whose reflection bandwidth is insensitive to temperature,is presented.The cross-sec-tional area is designed to change linearly.Under axial stress,there is a linear relationship between stress and average strain.Experimental results show that when temperature increases,reflection center wavelength shifts to longer wavelength,and there is a good linear relationship between center wavelength and temperature.When stress increases,reflection center wavelength shifts to longer wavelength,and reflection bandwidth increases.There are good linear relationships between reflection center wavelength and stress as well as reflection bandwidth and stress.     

基于长周期光栅滤波的光栅解调系统

基于长周期光栅的边缘滤波特性,设计了一种光纤布拉格光栅的传感解调系统,适用于布拉格光栅的静态和动态解调。系统实现了3.5 nm范围内的线性解调,波长灵敏度为0.092 nm-1,波长分辨率可以达到0.01 nm。振动测量中检测信号稳定,测量频率误差在1%以内。针对长周期光栅对温度和弯曲敏感的问题,采用了适当的温度补偿和封装技术,使长周期光栅的温度漂移系数从112 pm/℃下降到45 pm/℃,显著提高了系统的稳定性。     

光纤光栅传感系统信号解调新技术研究

信号解调是光纤光栅传感系统实用化所面临的最大难题,其核心问题在于设计高分辨率、低成本的波长检测方案。总结了光纤光栅传感信号解调的一般原理和技术难点,对常用解调方法进行了分类和归纳。目前报道的主要解调方法是滤波法、干涉法和可调光源扫描法。针对不同的解调方法,重点介绍了它们的工作原理及性能特点,评价了其优缺点,并分别给出了它们的实验原理图。对目前最有应用前景的可调谐F-P滤波法进行了详细的介绍和分析,并加入了对原有方案的改进,用气体吸收池代替原来的参考光栅。