基于位移传感的光纤温度传感器

提出了一种新颖的基于双金属片位移传感的光纤温度测量方法 ,设计了结构简单的传感器 ,介绍了测量仪的工作原理 ,建立了温度测量的数学模型。采用差动输出方式 ,补偿了光源功率波动的影响。通过实验 ,给出了传感器输出信号与温度变化的关系曲线 ,实验结果表明了该测量方法的可行性。     

光纤位移传感器综述

基于普通位移传感器与光纤位移传感器两者的性能特征,概述光纤传感技术在位移传感方面上的优势。将光纤位移传感器分为两大类：本征型和非本征型,并详细介绍各类光纤位移传感器的原理、结构以及特点。根据其原理进一步探讨光纤位移传感技术的发展与应用。     

光纤激光腔内的传感技术研究进展

光纤激光腔内的传感技术已广泛应用于温度、应变、声波、振动、磁场和电压等物理量的检测,与传统的光纤传感器相比,光纤激光传感器具有抗电磁干扰、窄线宽和高信噪比等优势,其应用前景广阔.在此,综述激光腔内光纤传感技术的研究进展,阐述环形腔和线性腔两种不同的腔内结构,总结基于不同腔内结构光纤激光传感器的工作原理;此外,按照温度、溶液、磁场、应力/应变的分类对光纤激光传感器性能进行介绍,并对未来的应用前景进行展望.     

Fabry-Perot光纤位移传感器的工作原理与仿真

本文分析了一种商用白光干涉光纤位移传感器的结构和工作原理,并且在Matlab环境下对传感器和读数器的光信号处理过程进行了仿真,得到了传感器位移与读数器中Fizeau干涉仪光强分布之间的关系,并讨论了传感器信号解调的基本算法.最后展望了这种传感器在航空工业中的应用前景.     

一种新颖的光纤光栅位移传感的研究

本文提出了一种新颖有效的光纤光栅位移传感方法 ,将光纤布喇格光栅在梯度应变作用下产生的啁啾效应用于传感测量 ,理论上分析了传感的原理 ,实验上得到了线性度很高的响应 .研究表明 ,本传感系统结构简单 ,操作方便 ,线性好 (0 .9992 )     

基于长周期光栅边缘滤波解调的光纤布喇格光栅位移传感研究

利用长周期光栅的边缘滤波解调技术,我们报道了一种光纤布喇格光栅位移传感方法.系统由一个3dB耦合器、一个传感光纤布喇格光栅、一个长周期光栅和一个探测器构成.实验结果表明,在所测位移范围内,传感系统输出的光功率与位移成良好的线性关系,位移灵敏度为9.24pW/mm,位移分辨率为0.01 mm.该方案结构简单、灵敏度高、线性度好,可应用于实际中的位移测量.     

非对称级联型全光纤Fabry-Perot腔谱特性研究

为了进一步优化光纤光栅法布里-珀罗窄带滤波器的滤波性能,提出了基于光纤布拉格光栅的全光纤型非对称级联法布里-珀罗腔（FBG-FP）结构。通过传输矩阵方法,建立了数学仿真分析模型,推导出FBG-FP结构产生单峰谐振需满足的条件。对其传输特性进行了详尽的理论分析和模拟仿真,数值分析结果表明：通过对光纤布拉格光栅折射率调制深度以及谐振腔长等结构参量的优化组合,可以改善非对称双腔结构谐振光谱的通带平坦性和过渡带滚降特性;双腔FP器件可以得到更高的波长选择度,因此可用作信道化滤波与可调单频光纤激光器。     

基于频移干涉光纤腔衰荡技术的甲烷传感系统

煤矿事故严重威胁人们的生命和财产安全,瓦斯作为煤矿事故的罪魁祸首,其主要成分是甲烷。因此,选择一种性能优良并且能够实时探测甲烷浓度的气体传感器对安全生产和检测大气环境是十分有意义的。在众多气体传感器中,光纤气体传感器由于容量大、损耗小、体积小、抗腐蚀、抗干扰能力强等优势受到学者和仪器制造商的青睐。本文对比了几种光纤气体传感器,基于光谱吸收技术的光纤气体传感器体积小、成本低、功耗小,其使用最为广泛。在光谱吸收技术的基础上,发展了一种高灵敏度的探测技术,腔衰荡CRD(Cavity Ring-Down)技术。相比于普通的光谱吸收技术,其吸收光程长,灵敏度高出3个～4个数量级,并且对光源强度稳定性要求不高。但是,为了有效、实时地探测到衰荡信号,该技术对探测器的速度要求极高。本文研究的频移干涉腔衰荡FSI-CRD(Frequency-Shifted Interferometry Cavity Ring-Down)技术,通过将腔衰荡技术结合频移干涉技术,构建了频移干涉腔衰荡甲烷传感系统,实现了衰荡信号从时间域到频域的转换,降低了对探测设备的要求,并通过实验验证了该系统可以用于甲烷气体浓度的测量。     

基于光纤光栅的多腔Fabry-Perot滤波器透射特性理论分析

理论分析了基于光纤光栅的全光纤多腔Fabry-Perot(FP)结构透射谱特性,推出包含任意多个腔时的传输矩阵函数通用公式以及对称两腔结构的能量传输率具体计算公式,给出在光栅阻带内中心波长处产生单谐振传输峰需满足的条件,并通过数值计算进行了验证。在此基础上比较分析了单腔与两腔FP结构下,中心波长1550 nm处产生谐振透射峰的光谱特性,结果表明引入两腔结构后谐振峰的平坦性及其过渡带滚降特性都得到了改善。详细计算并模拟了腔长及光纤光栅特性变化对两腔FP结构透射谐振峰谱型造成的影响,总结出滤波器设计原则,并得出结论:增大光纤光栅反射率能够优化谐振峰滚降特性,通过适当选取腔长及光栅反射率大小,此结构能够用于窄带单通道选择或多通道波长的解复用。     

宏弯型光纤位移传感器的分析与设计

提出了一种宏弯型光纤位移传感器的优化设计方法,通过分析聚合物光纤的宏弯光损耗特性,结合光纤宏弯物理结构的建模仿真。设计出了线性度好、量程大、结构简单的宏弯型光纤位移传感器。并得到了实验验证、仿真和实验结果表明,该光纤传感器的理论线性度最高可达 0.99997。实验测试线性度可达0.99922,测量量程可达 27mm,可以满足实际应用需。     

光纤法珀腔声传感器理论与仿真分析研究

根据干涉原理,对基于低精细度法珀腔的光纤声传感器的敏感机理进行了理论分析,明确了采用单色光源工作时需要满足正交相位点和小信号的条件。采用ANSYS软件,对敏感声波的振膜进行了预应力振动模态和预应力谐响应有限元分析,仿真了在声波作用下振膜的振动特性,以及其频率响应特性。进一步分析了光纤法珀腔声传感器的灵敏度与材料、结构、光学、电学参量的关系,以及它的动态范围。     

一种基于温控半导体激光波长扫描的光纤瓦斯测量系统

设计了一种基于温控半导体激光波长扫描的光纤煤矿瓦斯测量系统,通过改变中心波长1653 nm半导体分布式反馈( DFB)激光器的工作温度来扫描半导体DFB激光器的输出波长,在5 nm波长扫描范围内,存在明显的瓦斯气体吸收峰。半导体DFB激光器输出的光注入被测气体室,气体室的输出光携带有瓦斯气体浓度信息,用光电探测器将光信号转化为电信号,再由A/D采集卡采集到信号处理系统,通过对有吸收峰位置的光功率和无吸收峰位置的光功率进行比较,则可计算出瓦斯浓度。该传感系统采用80 mA恒流源驱动半导体DFB激光器,使其输出光强保持不变,其结构简单、灵敏度高。     

高灵敏度的光纤位移传感器

该传感器利用高稳定的单频Ｈｅ－Ｎｅ激光器作光源，以高隔度的单模光纤定向耦合和传光媒介，采用低零漂，低噪声的运放，六阶巴特沃兹滤波器，快速模／数变换电路及微机。对信号进行处理，使小位移测量的分辨力达到０．００５ｎｍ，并能进行在线检测。     

磁阻传感器在直线位移传感中的应用

HMC1501是一款专门的线位移/角位移传感芯片,属于磁阻传感器,其典型应用方案是用来测量直线位移.改变传感结构,可以将直线位移转化为角位移来测量,理论分析和实验证明,相对于典型方案,将直线位移转化为角位移后进行测量,不仅测量精度高,而且测量范围广,也节省了成本.     

单光纤光栅实现位移、温度同时区分测量

结合光纤光栅悬臂梁调谐的特点,采用悬臂梁矩形梁结构,将光纤光栅粘贴在悬臂梁侧面,利用反射波的带宽对应变敏感而对温度不敏感的特性解调悬臂梁自由端的垂直位移,和反射波的中心波长对温度敏感而对应变不敏感的特性解调温度,成功地实现了对位移和温度的同时测量.基于光谱分析仪0.1 nm的光谱分辨率,实验可得到位移、温度同时区分测量系统的带宽随位移变化的灵敏度为0.153 nm/mm,位移分辨率为0.193 mm,位移测量范围可达6.15 mm;中心波长随温度变化的灵敏度为0.029 nm/℃,温度分辨率为3.4℃,温度测量范围为45℃.实验结果与理论分析基本一致.     

基于双金属膜和法布里-珀罗干涉结构的光纤温度传感器

研究了一种新型的光纤法布里-珀罗干涉腔(F-P腔)结构的温度传感器,该传感器的F-P腔由双层金属膜和光纤端面构成,当被测温度发生变化时,基于双层金属膜的"双膜热挠曲效应"使得F-P干涉腔长发生变化,从而导致F-P腔输出的光强发生变化,通过测量该光强的变化即可测定相应的待测温度.在理论分析的基础上,运用有限元分析软件ANSYS对传感器的结构参数进行了优化,并对加工和封装后的传感器进行了实验测试,实验结果表明该传感器在测温0 ～ 80 ℃的范围内灵敏度达到了 62.82 nw/℃,综合精度优于±0.7%.该传感器具有结构简单、成本低、量程可根据双金属膜参数自由选择以及灵敏度较高等特点.     

分布式光纤扰动传感系统故障模式识别仿真

针对传统方法存在识别时间过长、识别率较低等问题,提出一种新的识别方法———基于信息融合的光纤扰动传感故障识别方法。通过集合经验模态分解进行信号分解处理,并提取所得分量中的敏感分量。利用各敏感分量与原信号的关系值及互信息乘积绝对值作为评定标准,选择含系统信息的分量作为分析对象。利用轻量级协议算法及线性模型提取所选对象中的故障特征向量。以提取的故障特征向量为依据,利用系统灰色性故障识别方法和模糊性识别方法出发得到传感器系统故障诊断信息,获取传感器多角度信息融合故障识别,利用信息融合故障识别方法对光纤扰动传感器故障数据进行了识别。实验结果表明,所提方法有效减少了识别时间,提高了识别率。     

光纤传感技术的军事应用

光纤传感器以其独特的优点和功能，引起了各国政府和军方的高度重视。本文综述了光纤传感技术在军事方面的一些典型应用及研究进展。     

台面结构硅基法珀型光纤MEMS压力传感器的研究

提出了一种新的光纤压力传感器的设计,该传感器敏感膜采用了台面结构而非传统的平面结构.用法布里-珀罗(Fabry-Perot)干涉理论阐述了传感器的工作原理,提出了敏感膜的力学模型.基于Fabry-Perot干涉理论推导出光纤MEMS压力传感器中台面敏感膜受到的压力与干涉光强的关系表达式,通过ANSYS有限元软件分析了台面膜型的力学性能,结果表明台面敏感膜在平行度上优于平面膜.通过数值模拟分析了传感器的关键参数对其性能的影响,为光纤MEMS压力传感器的加工和制作提供了理论依据.