基于磁流体与长周期光纤光栅的磁场传感研究

长周期光纤光栅是一种新型的无源光纤器件,对外界折射率敏感的特性使其可作为一种理想的光纤敏感元件。而磁流体具有明显的磁光效应,即具有在外界磁场作用下其折射率发生改变的特性。将磁流体与长周期光纤光栅相结合作为传感探头,提出了一种全新的磁场测量方法,并对其进行了深入的理论分析和初步的实验验证。实验结果表明,所提出的基于磁流体与长周期光纤光栅的磁场传感方法可以用于磁场和电流的测量。     

磁流体力学及磁流体的工程应用

简要介绍磁流体的一般性质、研究方法及研究现状．讨论磁流体的粘度、导热系数等物理特性及其在磁场作用下的变化规律．综述了磁流体力学的研究方法及磁流体流动时的控制方程组．给出磁流体在磁场方向与管轴一致的直管内流动时的流动方程．并举例介绍了磁流体在电子、机械、冶金、化工、动力、医疗等方面的应用开发及应用前景，指出磁流体在这些领域内应用有其他物质无法相比的优越性．     

磁流体力学及磁流体的工程应用

简要介绍磁流体的一般性质，研究方法及研究现状。讨论磁流体的粘度、导热系数等物理特性及其在磁场作用下的变化规律，综述了磁流体力学的研究方法及磁流体流动时的控制方程组，给出磁流体在磁场方向与管轴一致的直管内流动时的流动方程，并举例介绍了磁流体在电子、机械、冶金、化工、动力、医疗等方面的应用开发及应用前景，指出磁流体在这些领域内应用有其他物质无法相比的优越性。     

碳纤维复合材料封装光纤传感器研究

封装方法的研究对于光纤光栅传感有着重要的意义.封装后的光纤光栅传感器,须具备良好的线性度和重复性.提出了一种使用碳纤维增强复合材料进行封装的新方法,讨论了在复合材料中嵌入光纤光栅的工艺,封装后各传感器反射波长均有所增长,波形谱线也都比较尖锐没有出现啁啾现象,对封装后的传感器进行应变实验和温度试验,相关实验表明:此方法封装的光纤光栅传感器具有良好的线性度和重复性,并具有一定的增敏效果,可用于应变及温度测量,具有实际应用价值.     

面向新型电力系统的微磁场光学感知技术

随着新型电力系统的加速建设以及电力设备智能化程度的不断提升,电力设备的低碳化和数字化成为重要发展方向。其中,准确测量电力系统电工装备磁场分布是评估其健康状况、计算能量损耗、优化结构设计的关键。针对目前电工装备磁场的测量需求,环保型电力设备的监测瓶颈,本文提出一种无源全光纤磁场传感器。该传感器将磁-机换能电介质与法布里-珀罗（Fabry–Perot, F-P）光学干涉腔相耦合实现了外磁场的高精度无源测量。首先,根据F-P干涉原理设计了非本征型F-P干涉结构。其次,针对影响传感器灵敏度的主要影响因素进行研究与分析,通过实验研究了封装材料对传感器灵敏度的影响。针对直流磁场测量范围有限的问题,研究了传感器直流磁场测量范围的影响因素,并测量其在直流磁场下的传感性能。最后,针对电力系统下交流磁场的测试需求,对传感器在交流磁场下的动态跟随性能进行测试。结果表明：该传感器可实现交直流磁场的实时测量,直流磁场测量范围为0~120 mT,灵敏度为447 pm/mT,分辨率为17 μT。对50 Hz以下的交流磁场具有良好的动态跟踪性能。证明了其应用于新型电力系统无源磁场测量的可行性。本文所提出的光纤磁场传感器具有测量范围广的优点,且具有无源测量特性,无需更换传感器电池,且无需感应取电,满足低碳电力系统的发展要求。     

光纤Bragg光栅温度传感器光学特性研究

目的 提出一种抗干扰能力强的光纤Bragg光栅温度传感器,分析Bragg光栅的温度传感的光学特性规律.方法 采用耦合模理论对光纤Bragg光栅的温度传感特性进行理论分析和数值模拟,探讨温度变化所致光纤Bragg光栅波长漂移的原理,并通过实验进行验证.结果 所提出的传感器在环境温度不是很高的情况下具有线性特征,反射谱和功率谱都是关于中心峰值波长对称,随着温度增加波形朝长波长方向移动,但是其峰值宽度并不是随着温度增加而变大,在-50℃附近有极小值.功率在-50℃附近有极大值点.普通光纤Bragg光栅的适用温度在-37～134℃.结论 运用特殊封装技术的光纤Bragg光栅温度传感器,具有线性程度好、精度高和抗干扰能力好等特点,可以用于温度测量和结构健康监测领域.     

利用电磁铁的光纤光栅电流传感实验

布拉格光纤光栅(FBG)是最近几年在光纤通讯、光纤传感等领域应用最为广泛，发展最为迅速的光纤无源器件之一，被认为是继光纤放大器之后光纤通信技术发展的又一里程碑.由于它具有许多独特的优点，因此在光纤通信、光纤传感器等领域具有广阔的应用前景.本实验是利用衔铁在电流产生的磁场力的作用下间接带动光纤光栅，从而实现布拉格波长漂移值与电流之间的变化，进而影响光纤光栅反射谱，实现对电流进行传感探测的.分析和验证了光纤光栅用于电流传感的可能性.系统传感灵敏度为1.55×10^-2 nm/mA.     

光纤传感技术在检测中的应用与展望

针对光纤技术在检测中利用外界因素改变使光在光纤中传播时光强、相位、偏振态以及波长(或频率)等特征参量发生变化的特点,分析了日前光纤传感器原理与类型,论述了光纤检测技术的特点,同时对国内外光纤检测技术的应用进行了回顾,并对分布式光纤声波传感器在流体管道泄漏实时监测方面的研究进行了展望.     

新型封装的光纤光栅温度传感器的研究

提出了一种新型的光纤光栅(FBG,FiberBraggGrating)温度传感器封装技术.该传感器使用特殊的工艺将光纤光栅封装在涂覆有聚酰亚胺胶的凹槽基底材料上,基底材料也采用聚酰亚胺材料,该方法提高了传感器的灵敏度和可靠性.在40-120度的温度环境下,对这种新型光纤光栅温度传感器反射光谱反复进行了试验,并与陶瓷材料封装的光纤光栅温度传感器进行了比较,结果表明该新型传感器具有良好的响应特性.     

操纵微纳颗粒的“光之手”——光镊技术研究进展

光镊是操纵微纳米尺寸颗粒的重要技术手段,已在物理、化学、生物及医学等领域得到广泛应用.综述近年来光镊领域的研究进展,系统介绍光镊研究的主要方向及代表性成果.介绍了光镊技术的理论基础,包括光镊捕获物体的作用机理和几种常用理论模型;按照产生光镊的光束类型将光镊技术分为结构光束光镊、多光束与全息光镊、近场倏逝波光镊、表面等离激元光镊、光纤光镊、热电光镊、飞秒激光光镊及异常光学力光镊,分别介绍各类光镊技术的特点和最新进展;介绍光镊技术在生物样品操纵、分子检测及裸眼三维显示等领域的创新应用,并对光镊技术发展进行总结和展望.     

基于光纤光栅的多参量流体测量系统

提出了一种以光纤光栅传感器为核心单元的多参量流体测量系统,通过不同结构封装实现应用光纤光栅对流体的温度、压力和流量3个重要参量的测量,这几个不同参量的光纤光栅传感器通过串联组网接入到高速光纤光栅解调系统,实现动态高精度测量。实验标定表明传感器具有良好的线性和重复性,测量系统的分辨率和精度完全满足流体参量测试的要求,在水利和化工领域的流体在线监测中具有重要的应用价值。     

微结构光纤生化传感器研究进展

微结构光纤生化传感器是基于微结构光纤的多孔道结构并以此为基础进行了一些敏感物质的修饰工作,结合被修饰的敏感物质的性质以及微结构光纤的一些特性将其应用于生化传感领域。本文详述了微结构光纤生化传感器的响应机理及几种常见的指示剂固定方法,并对近年来微结构光纤生化传感器在国内外的研究进展情况进行了回顾和综述,最后对该方面研究的发展趋势进行了简要分析和建议。     

高灵敏度的工字型微纳光纤温度传感器

通过对工字型光纤进行拉锥产生光学传输模式干涉,获得了基于工字形微纳光纤的折射率传感器。由于工字型微纳光纤表面的较强消逝场,这种传感器在1.36～1.40的折射率范围内,具有4 096nm/RIU的折射率灵敏度。将具有高热光系数的聚二甲基硅氧烷(PDMS)对其进行封装,实现了高灵敏度的温度传感。在25～40℃的温度范围内,工字形微纳光纤温度传感器的灵敏度达到了5.56nm/℃。鉴于PDMS在微流控及光学芯片领域的广泛应用,这种易于制备、结构紧凑的工字型微纳光纤温度传感器在上述领域有潜在的应用价值。     

用阵列波导光栅实现光纤传感器的复用

阵列波导光栅(AWG)是密集波分复用(DWDM)光网络中的关键器件,具有滤波特性好、性能稳定、串扰小的优点.介绍了AWG的结构和原理,在此基础上提出了用AWG实现光纤法布里珀罗(F P)传感器复用的方案.可调谐激光器和AWG的联合使用实现了时分复用和波分复用,系统的复用能力决定于可调谐光源的带宽、AWG的通道数和自由频谱范围.采用传统的强度法对传感器进行解调,解调结构简单,容易实现,传感器间无串扰.     

光纤Bragg光栅传感器应用概述

本文简述了光纤Bragg光栅传感器测量温度、应力等物理量的工作原理,介绍了光纤Bragg光栅在医疗、航空、化工等领域的应用情况。     

基于光子晶体光纤的法布里-珀罗干涉传感器

光子晶体光纤作为新一代光纤和传统光纤相比具有许多独特的优点,因此研究基于光子晶体光纤的传感器已成为光纤传感技术领域的一个热点。该文在国际上首次报道了系列基于光子晶体光纤的法布里-珀罗干涉传感器,包括基于空芯光子晶体光纤的法布里-珀罗干涉应变、温度传感器;基于实心单模光子晶体光纤的法布里-珀罗干涉温度、折射率传感器;基于飞秒和157nm激光器微加工制作的实心光子晶体光纤法布里-珀罗干涉高温应变传感器。这些新型光子晶体光纤干涉传感器具有对温度不敏感、精度高、可靠性好、耐恶劣环境等突出优点,可望在能源、交通、航天航空、生化等领域得到重要应用。     

相似材料中光纤传感检测特性分析

为了解决相似材料模拟实验中的变形检测问题，基于光时域反射技术和光纤光栅传感技术，提出了在模拟实验中采用裸露光纤、一定结构光纤及光纤Bragg光栅作为传感器进行变形检测的方法，研究并分析了以上类型光纤传感器在1．2，2m平面应力模型中随着相似材料变形的传输特性．结果表明：裸露光纤不易形成微弯；自制蛇形微弯光纤传感器可以较为准确地捕捉到材料内部的变形和破坏的信息；光纤Bragg光栅可以感知相似材料的应力变化．利用光时域反射技术检测时要采取措施增大岩层垮落过程中的光纤损耗，可进行较大变形测试；利用光纤Bragg光栅时要考虑波长的动态范围，可进行小变形及破坏过程测试．     

基于白光干涉原理的光纤传感技术——Ⅰ.光纤传感器与智能结构

概述了用于智能结构和材料监测的光纤传感技术,阐述了对建筑结构进行监测的原因和将光纤传感器用作结构健康监测的理由。众所周知,很多光纤传感器已经成功地应用到了智能结构监测领域。本研究一直关注白光干涉式光纤传感器技术及近20年来此类传感器的发展。由于白光干涉式光纤传感器在智能结构监测尤其是大型民用建筑物监测中的独特优点,因此具有较大的发展与应用潜力。     

长周期光纤光栅应变特性的理论与实验研究

对长周期光纤光栅传输谱谐振波长的应变特性用耦合模理论进行研究,推导出谐振波长应变灵敏度的解析表达式。详细分析了影响谐振波长应变灵敏度的各种因素,并进行数值模拟,结果表明,可以通过选择具有合适纤芯与包层弹光系数匹配的特种光纤,从而制作出谐振波长对应变敏感或者不敏感的长周期光纤光栅。用高频CO2激光脉冲(20 kHz)结合三束对称写入技术在普通通信单模光纤中制作出长周期光纤光栅,并进行应变特性测试,测试结果表明,谐振波长和峰值损耗均具有线性响应的应变特性,灵敏度分别约为-0.66 nm/mε和0.69 dB/mε。基于传输谱线性响应的应变特性,长周期光纤光栅可用来制作光纤光栅应变传感器,由于峰值损耗对温度不敏感,因此在高温应变传感领域能发挥重要的应用价值。     

采用磁流体的伺服阀力矩马达二维有限元分析

为了改善液压伺服阀的性能，在伺服阀力矩马达的工作气隙中添加磁流体（MF）．基于磁流体具有较大的磁导率以及在外加磁场作用下具有较大磁化强度的特点，提出利用磁流体来改善伺服阀力矩马达的磁路效率以及提高伺服阀动态性能，分别采用二维磁场有限元分析方法及经验公式，研究了添加和不添加磁流体时力矩马达工作气隙中磁场强度特性及力矩马达输出力矩特性，仿真分析结果表明添加磁流体后力矩马达的磁场强度及衔铁输出力矩值有明显改进．