光纤光栅横向压力负载的高分辨率检测

本文对光纤Bragg光栅在横向负载条件下的谐振波长分裂的检测进行了实验研究.采用偏振分束器和偏振无关的迈克尔逊(Machelson)干涉仪组成的检测方案,提高了横向负载传感的分辨率.该系统具有分辩0.025 N/mm横向负载的能力.     

光纤布拉格光栅横向应变特性的研究

根据耦合模理论，对光纤布拉格光栅(FBG)的横向应变特性进行了深入研究，并采用数值分析方法对光纤布拉格光栅在平面应变和应力情况下进行了模拟分析：对于平面应变情况，一个谐振峰向波长增大的方向移动，而另一个谐振峰向波长减小的方向轻微移动；对于平面应力情况，两个谐振峰都向波长增大的方向移动。设计了相应的实验进行验证，实验结果与理论分析相符；该实验结果表明光纤布拉格光栅的横向应变情况介于平面应力和平面应变之间，而且更接近平面应力情况。根据理论分析，横向应变与纵向应变对波长漂移的贡献不一样，从而使三维应变测量成为可能。     

均匀光纤布拉格光栅横向受力特性的理论分析

对均匀光纤布拉格光栅(FBG)中间一段横向受力特性在仿真的基础上作了理论和实验研究。采用传输矩阵法分析了光纤布拉格光栅中间一段横向受力时的反射谱变化,并且基于传输矩阵法进行了数学推导。当光纤布拉格光栅中间一段受到横向力时,反射谱的反射峰发生分裂,并且分裂点随受力大小的变化呈线性、周期性的移动。给出了线性表达式,分裂点以11.06 N为周期在光纤布拉格光栅的全波带宽内移动,周期内分裂点波长漂移相对于受力的灵敏度约为带宽与周期的比值,周期大小与受力光栅长度无关。给出了详细的理论分析、仿真结果和实验图谱,实验结果与仿真效果一致。     

基于布拉格光纤光栅谐振频率的实时测量

分析了一种基于布拉格光纤光栅(FBG)的高效方便的谐振频率检测系统。布拉格光纤光栅作为传感器粘贴在悬臂梁表面探测其振动,密集波分复用器(DWDM)作为波长解调器件通过透过率曲线获得布拉格光栅反射光的相对中心波长位移。通过计算机处理数据采集卡采集的实时信号获得悬臂梁多阶谐振频率。结果显示,在与传统的加速度传感器测量谐振频率进行比较时,两者结果很好地吻合。光纤光栅传感系统测得所需的1~4阶悬臂梁谐振频率在频谱上的信噪比均大于20 dB,系统的应力动态测量精度为2.45×10-9ε/Hz,表明该系统能够有效地测量谐振频率。     

基于DSP的光纤光栅解调系统的设计

阐述了利用匹配光纤光栅闭环跟踪测量传感光纤光栅布拉格波长的方法．给出了基于高速数字信号处理器（DSP）的光纤光栅波长解调系统的实现方案,该方案利用一种特殊结构的悬臂梁和两个并联二次反射匹配解调光栅的方法来实现光纤布拉格光栅（FBG）传感器的高精度大范围应变传感解调,并通过特殊悬臂梁提高了解调光栅的敏感度;同时利用并联方式并选择两个合适的匹配光栅中心波长来增大可检测的应变范围,同时解决了双值问题。     

基于扫描激光器和光放大的100 km光纤布拉格光栅传感系统

提出了对基于扫描激光器的光纤布拉格光栅(FBG)传感系统进行掺铒光纤(EDF)/双波拉曼混合放大的方法,大幅度提高了该光纤布拉格光栅传感系统的传输距离。该方法以高功率扫描激光器作为光源,采用双波长拉曼放大的方法对信号进行低噪声双向放大,再利用系统中间的两段掺铒光纤,将剩余的拉曼抽运功率用来产生自发辐射光和放大传感信号,使得整个系统能在超长的传感距离上获得良好的信噪比(SNR)。实验表明使用一台扫描激光传感分析仪、一只170mW的拉曼抽运和一只2W的拉曼抽运,可以使传感距离达到100km以上,并且传感系统的光纤布拉格光栅反射信号均能获得超过7dB的良好信噪比,从而实现在超长距离上的光纤布拉格光栅传感。     

边孔光纤光栅的传感特性

报道了一种新型边孔光纤及边孔光纤光栅的研究结果。采用有限元法分析了边孔光纤内部的应力分布和双折射数值,并通过波长扫描技术对其双折射进行了测量,理论计算和实验测量结果表明双折射数值达到4×10-5。根据边孔光纤光栅两反射峰偏振态相互正交的特性,提出了一种基于偏振检测的波长检测方案对边孔光纤光栅的传感特性进行了测量。结果表明两峰中心波长间隔随温度变化的灵敏度仅有0.05 pm/℃,是普通单模光纤光栅温度灵敏度的1/184。提出了一种基于横向荷载压力增敏的新型边孔光纤光栅封装装置,使边孔光纤光栅双峰间距的压力灵敏度从5.6 pm/MPa增加到119.14 pm/MPa,增敏21倍,实现了温度不敏感的高灵敏度压力传感。     

一种新的光纤布拉格光栅波长移位检测技术

提出了一种利用全光纤非平衡Mach Zehnder干涉仪作为边缘滤波器进行光纤布拉格光栅 (FBG)波长移位检测的方案。这种边沿滤波器具有梳状的滤波特性 ,且其两输出臂滤波特性互补。利用其一对滤波边沿 ,可以将被测光栅的波长信息转化为功率信息进行检测。在制作时 ,通过适当改变干涉臂长差可方便地调整测量范围和检测分辨率 ,具有较大的灵活性。以两种不同的比较运算的方法消除系统功率起伏对测量结果的影响 ,都得到了较好的结果。采用该检测方案进行了光纤布拉格光栅温度传感实验 ,得到了± 10 pm的波长测量精度。     

保偏光纤Bragg光栅传感特性的实验研究

设计了一种基于保偏光纤Bragg光栅(PMFBG)的横向负载传感方案,实验研究了PMFBG对横向负载、轴向应变和温度的传感特性。研究结果表明:PMFBG两谐振波长对温度和轴向应变的灵敏度近似相等,而对横向负载的灵敏度各不相同;PMFBG两谐振波长之差对横向负载的灵敏度取决于负载作用方向与保偏光纤快轴(或慢轴)之间的夹角,而不受温度和轴向应变的影响,实验得到的最高灵敏度为0.031nm/kg。基于PMFBG的横向负载传感测量系统在称重等领域具有广阔应用前景。     

基于保偏光纤光栅的双波长掺铒光纤激光器

提出了一种基于保偏光纤(PMF)中布拉格光栅的波长间隔可调的可开关双波长掺铒光纤激光器(EDFL)。由于和光纤布拉格光栅(FBG)两个反射峰对应的不同波长的两纵模在偏振态上是止交的．从而在均匀展宽的掺铒光纤中增强了偏振烧孔(PHB)效应。这种偏振烧孔效应大大减小了不同模式之间的竞争，因此可在室温下得到稳定的双波长振荡。另一方面。通过调整偏振控制器的状态．即改变腔内的双折射状念，光纤光栅的两个反射峰强度会发生变化。基于以上原理。便形成了对激光振荡模式的选择．即通过调整偏振控制器的状态可使激光器工作在稳定的双波长状态或在两波长之间转换。通过改变加在光纤光栅上侧向应力的大小和方向．可有效控制双波长激射的波长间隔．实验中得到了0．2～1．1nm的可调间隔。     

高分辨率光纤激光传感系统

提出并实现了一种基于光纤光栅(FBG)激光器的高分辨率光纤传感系统。通过在一段高增益有源光纤写入光纤光栅形成光纤激光传感器,待测信号作用在激光器上引起激光频率变化,采用偏振无关的非平衡迈克耳孙光纤干涉仪将激光频率变化转化为干涉仪相位变化。干涉仪输出的信号经过光电转换后,用采集卡转换为数字信号输入计算机,最后利用改进的归一化相位载波(PGC)解调技术,实现信号的高分辨率解调。实验表明该传感系统的动态应变分辨率达到了5.6×10-4nε/Hz,并且解调结果与待测信号具有良好的线性关系。     

基于Lab VIEW的FBG传感解调技术的研究

结合虚拟仪器技术和光纤光栅传感技术,自行设计了一套光纤光栅传感解调系统.系统采用了基于迈克尔逊干涉技术的解调方法,将包含被测应变信息的光纤布喇格光栅(FBG)波长信号转变成相位信号,通过以Lab VIEW为核心的虚拟仪器系统检测相位的变化,从而得到被测应变的大小.该干涉解调系统避开了传统解调系统受电磁干扰和环境等方面的影响,因此使测量精度提高.虚拟仪器系统可用于静态应变和动态应变的检测,具有高分辨力、大测量范围的特点.     

基于乙醇灌注边孔光纤的Sagnac干涉型温度传感器

提出并研究了一种基于乙醇灌注边孔光纤(SHF)的Sagnac干涉型温度传感器。边孔光纤是一种高双折射光纤,其包层中纤芯两侧具有两个空气孔。将乙醇填充进边孔光纤的空气孔中,利用乙醇的折射率随温度的变化,改变边孔光纤的双折射系数,使Sagnac干涉仪的输出谱发生波长漂移,从而实现了温度传感。实验获得该传感器在20℃～80℃的温度变化范围内灵敏度为86.8pm/℃,为普通光纤布拉格光栅(FBG)传感器的8倍。     

光纤光栅高温传感器的研究

提出了一种能够测量高温的光纤布拉格光栅（FBG）传感器结构。利用线膨胀系数和长度均不同的两种金属细杆和光纤布拉格光栅设计而成的传感头，能够将被测温度转化为光栅的应变，解调由应变引起的光栅波长漂移，即可得知待测的温度。目前在实验室实现了500℃的动态范围和1℃的温度分辨率，实验结果与理论分析一致。     

Characteristic analysis of a novel F-P interferometer based on a pair of FBGs with built-in LPFGs

The transmission characteristics of a Fabry-Pérot (F-P) interferometer based on a fiber Bragg grating (FBG) pair with a built-in long-period fiber grating (LPFG) are theoretically analyzed, and the shift of transmission interference fringe as a function of environmental refractive index is acquired. The influence of the lengths of F-P cavity, LPFG and FBG on the transmission characteristics of the proposed interferometer has been numerically investigated, and the simulation results indicate that the sensitivity of refractive index reaches 2.27 × 10-6 for an optical spectrum analyzer (OSA) with a resolution of 1 pm.     

Lab VIEW实现光纤光栅传感干涉解调技术的研究

结合虚拟仪器技术和光纤光栅传感技术,自行设计了一套光纤光栅传感解调系统.系统采用了基于迈克尔逊干涉技术的解调方法,将包含被测应变信息的FBG波长信号转变成相位信号,通过以Lab VIEW为核心的虚拟仪器系统检测相位的变化,从而得到被测应变的大小.该干涉解调系统避开了传统解调系统受电磁干扰和环境等方面的影响,因此使得测量精度有了很大的提高.虚拟仪器系统可用于静态应变和动态应变的检测,具有高分辨力、大测量范围的特点.     

高分辨率光纤光栅温度传感器的研究

报道了一种具有高分辨率和高效且价廉的解调系统的光纤布拉格光栅(FBG)温度传感器.提出了光纤光栅的金属槽封装技术,以提高传感光栅的温度灵敏性.研究了金属槽封装光栅的温度灵敏性,理论分析和实验结果表明,封装光栅的温度灵敏系数比普通裸光栅提高了3.6倍.系统利用一长周期光栅(LPG)作为线性滤波器,宽带光源经此长周期光栅调制后入射到传感光栅,可解调布拉格传感光栅的波长位移.理论分析与实验结果一致,系统可达到的温度分辨率为0.02℃.     

基于3×3耦合器的马赫-曾德尔干涉仪的光纤光栅波长解调技术

介绍了一种基于3×3和2×2光纤耦合器构成的非平衡马赫-曾德尔干涉仪的波长解调方案。理论分析和数据对比表明,相对于由两个2×2光纤耦合器构成的马赫-曾德尔干涉仪,本干涉仪具有宽谱的灵敏度、能跟踪波长的变化方向和相位展开的优点。实验方案用于测量固定在悬臂梁上的传感光纤布拉格光栅(FBG)的峰值波长变化,获得了±1 pm的静态波长解调精度,在10 Hz处的动态分辨率为27 n/εHz。相位展开算法使得应变测量范围达到了2014με,对应的相位变化为3.22π。     

基于马赫-曾德尔干涉仪和光纤光栅的光分插复用器

光分插复用器(OADM)是波分复用(WDM)系统中的关键器件之一。提出了一种结构新颖的基于马赫-曾德尔(M—Z)干涉仪和光纤光栅(FBG)的光分插复用器，它由两个三端口光环形器、一个光纤光栅和一个马赫-曾德尔干涉仪组成，马赫-曾德尔干涉仪起着光开关的作用。对光分插复用器的输出特性进行了实验研究，实验中调节干涉仪的臂长差，可以实现信号的上下载或直通功能，上下载时通道的隔离度大于20dB。这种结构的光分插复用器具有结构简单、体积小、价格低等优点，在波分复用技术中具有实际应用价值。     

基于高双折射PCF的双Sagnae环高分辨率FBG解调系统

提出了一种基于高双折射光子晶体光纤（HB-PCF）的双Sagnac环的级联结构。理论计算表明,由光环形器构成的该级联结构,如双环中HB-PCF长度相等,与单环相比,可使干涉消光比增加1倍;实验中,双环结构输出干涉消光比达到43dB。基于边缘滤波器原理,实现了光纤Bragg光栅（FBG）高分辨率解调,静、动态应变分辨率分...