微型光纤加速度计系统研究

光纤加速度计作为新型光纤传感器的一种,在高精度测量领域中有着不可替代的作用.实现光纤加速度计信号的解调,对于进一步提高传感器测量精度以及实用化都有着重要的意义.光源调频相位生成载波技术(PGC)常用于干涉型光纤传感器的信号解调,为了实现整个光纤传感系统的小型化,提高数据处理速度和解调精度,设计制作了应用于盘式光纤加速度计数字解调系统,系统以DSP和FPGA数字系统作为解调硬件电路的核心,实现对微型盘式光纤Michelson干涉仪相位信号检测.实验结果表明,微型盘式光纤加速度测量系统对微小振动信号检测有着很高的灵敏度,是高精度测量领域中的一个重要研究方向.     

化学蚀刻在光纤光栅低频微振加速度传感器中的应用

介绍了一种自行研究应用双光纤光栅作为传感元件的加速度传感器制作方案，在理论上论证了使用双光纤光栅对加速度的测量具有不受温度影响和增加灵敏度的优点。同时，分析了化学蚀刻在Si晶体上制作光纤光栅加速度传感器的具体工作过程，以及残余应力对传感器的影响。     

一种光纤光栅加速度传感系统

研制了一种高精度、低成本适合于地震勘探和矿山安全等工程领域的光纤光栅加速度传感系统。该系统利用加速度改变光纤光栅中心波长的原理工作,可以有效消除温度漂移对动态应变测量的影响。实验结果表明,传感器频响在2-100Hz,灵敏度1．2pm／με,动态范围达80dB,是一种较为理想的光纤加速度传感系统。     

具有温度补偿的光纤光栅压力传感器

为了实现高压测量时的温度交叉敏感问题,提出一种基于自由弹性变形体的光纤光栅压力传感器结构及光纤光栅传感信号的自解调方法。与传统光纤光栅传感器中传感单元与解调单元相互分离的结构不同,该文提出的光纤光栅压力传感器系统利用一对匹配的光纤光栅和一个简单的等腰三角形悬臂梁结构,实现了传感解调的合而为一,解决了光纤光栅传感器的交叉敏感和信号啁啾的问题。仿真与初步的试验结果表明,在高达100M Pa的压力范围内,测量灵敏度为8.5 pm/M Pa。     

基于双悬臂梁结构的光纤加速度传感器

为消除悬臂梁结构加速度传感器由于光纤表面粘贴产生的啁啾现象,增强横向抗干扰能力,提高共振频率,提出了一种基于双悬臂梁结构的光纤加速度传感器。给出了理论分析结果,建立了有限元模型,得到了加速度灵敏度表达式,并且探讨了在共振频率不变的情况下提高加速度灵敏度的方法。实验结果表明,该传感器在6～50 Hz内频响平坦,加速度灵敏度为14pm/g,抗横向干扰能力达20dB,与理论计算较好地吻合。     

基于保偏光子晶体光纤的长尾式光纤环镜角度传感器

针对扭转角度的精确测量问题,提出一种基于保偏光子晶体光纤的长尾式光纤环镜角度传感器.采用对温度不敏感的保偏光子晶体光纤作为扭转角度的传感单元,当保偏光子晶体光纤被旋转一定角度时,其双折射值会发生改变,进而影响光在环镜系统内的干涉情况,最终表现为光谱仪上干涉谱的移动.理论推导出系统的传感规律后,实验测得该传感器在扭转角度为0°~101°的范围内,灵敏度为0.061 7 nm/(°);若光谱仪分辨率为0.01 nm,则系统最小分辨力为0.16°,并具有超低的温度灵敏度-0.6 pm/℃.该角度传感器具有体积小、成本低、对温度不敏感及可用于远距离传输等优点.     

MEMS新型光纤加速度传感器设计

由于微机械系统的广泛应用,微加速度传感器的设计日趋多元化,现给出一种光强调制型麦克尔逊微光纤加速度传感器,阐述了该种干涉型光纤加速度计的结构设计及工作原理,仅使用光纤进行传输,有效地避免了光纤各类形变造成的影响.     

基于纤芯失配的光纤布拉格光栅温度不敏感振动传感器

提出了一种基于纤芯失配的光纤布拉格光栅温度不敏感传感结构并且得到了实验验证。该传感器由一短截细芯光纤和单模光纤布拉格光栅熔接而成。光通过细芯光纤时激发出一系列包层模式,并通过纤芯失配的熔接面进入后面的光纤布拉格光栅中。其中,一些低阶模式会被光纤光栅反射耦合回传输光纤的纤芯,耦合效率与光纤的弯曲度有关。实验结果表明低阶奇数膜LP3n对光纤弯曲度有极大的灵敏度。通过对包层模式的选择性监测和能量检测方法,提高了传感器的弯曲灵敏度,并避免了温度对传感器的影响。     

对双折射不敏感的光纤电流传感器系统研究

讨论了双折射对光纤电流传感器稳定性影响，并介绍了一种采用光学偏振控制器、块状玻璃传感头和单光路检测的光纤电流传感器。理论分析和实验结果表明，这种结构的光纤电流传感器能够有效地消除输入、输出光纤及传感头的双折射对系统测量灵敏度的影响，使系统工作稳定可靠。     

高频CO2激光脉冲写入的掺硼长周期光纤光栅温度应变特性

高频CO2激光脉冲写入的长周期光纤光栅(LPFG)对温度比较敏感、应变不敏感,通常应用在温度传感器做温度测量.普通长周期光纤光栅温度灵敏度只有0.052 nm·℃-1,而用掺硼光纤制作的长周期光纤光栅温度灵敏度达到0.171 nm·℃-1,比普通长周期光纤光栅更加灵敏.因而应用在温度传感提高了传感器的灵敏度以及测温精度...     

基于光纤光栅的振动参数监测及信号处理系统

针对光纤光栅传感与其他传感技术相比,有其独特的优点,对光纤光栅传感器进行了理论分析,建立了通过测量光纤光栅传感元件的波长而得到振动参数的理论模型,介绍了测量信号处理系统的结构,作了光纤光栅传感器与加速度传感器的振动参数监测实验,并对实验结果进行了比较。结果表明,光纤光栅传感器的性能很好,可以用于低频振动结构的动态实时监测。     

基于石墨烯和模间干涉的光纤气体传感器

为了实现对空气中有毒、有害气体进行精确监测预报,提出了一种石墨烯包裹的拉锥与错位级联型光纤气体传感器.包裹在光纤锥形传感区域的单层石墨烯和错位熔接的光纤导致的模间干涉,会使沿光纤表面传输的倏逝场得到大幅增强,提高了对折射率的灵敏度,其灵敏度可以达到1.2×10⁴nm.随着石墨烯表面吸附的气体分子量的增加,复合波导的有效折射率会发生规律性的变化,从而引起干涉波长的衰减和移动,进而通过检测输出光信号的变化而实现气体分子浓度的检测.研究表明,该传感结构具有体积小、机械强度好、光谱品质好、灵敏度高等优点.     

基于光纤光栅定位的全分布式光纤位移传感器

针对深部岩体、边坡滑移等大量程位移难于测量的问题,提出了一种基于光纤光栅定位的光时域反射位移测量原理,并开发了基于光纤光栅的全分布式光纤位移传感器.实验结果表明,基于光纤光栅的全分布式位移传感原理可行,研制的2种全分布式位移传感器均能实现位移的测量,位移灵敏度系数高达5.21,并且可通过结构设计提高位移传感灵敏度与量程.     

一种新颖的光纤环行腔式电流传感器

聚焦光纤电流传感器中电流灵敏度低的问题,提出新的光纤环行腔式电流传感器.该电流传感器将光纤环行腔与电流传感器结合在一起,采用脉冲光作为检测信号.利用脉冲信号在环行腔内多次通过传感头的特点,有效提高系统的电流灵敏度.该结构与传统光纤电流传感器相比,并且具有结构简单、装配容易、成本低等优点.     

长周期光纤光栅薄膜传感器研究

采用耦合模理论建立了长周期光纤光栅薄膜传感器的理论模型，分析了其传感机理，并进行了实验研究，给出了初步的气敏实验结果．研究结果表明，光纤光栅包层外所镀敏感薄膜的光学参数(厚度和折射率)与传感器的灵敏度高低有直接关系，传感器的结构优化非常必要．长周期光纤光栅薄膜传感器具有薄膜传感器和光纤传感器的优点，具有广阔的应用前景．     

浅议光纤加速度传感器系统

目前,利用光纤作为敏感元件测量位移、加速度、速度、压力、温度、水声、电场、磁场等各种物理量,具有极高的灵敏度、安全性、抗电磁干扰、绝缘性等诸优点,广泛应用于现代测量领域。本文首先介绍了光纤传感的基本原理;最后介绍了光纤加速传感器系统构成。     

基于黑磷的多共振折射率传感器研究

为解决传统等离子光学传感器的局限性,提出了一种基于黑磷（BP）的多共振非等离子体的光学传感器,该传感器采用单层黑磷和简单的介质结构,通过磁共振增强红外波吸收。由于黑磷的各向异性,该传感器可以在不同晶体方向上实现不同的灵敏度和品质因数（FOM）。通过优化传感结构,在8 μm波长附近的不同黑磷晶体方向上均得到了2个极窄的共振峰、极低的半高宽,提高了传感器的灵敏度,吸收率最高达到了99.6%,灵敏度最高可达180 nm/RIU,FOM可以达到 261 nm/RIU。并利用耦合模理论对仿真结果进行了验证,揭示了其物理机理,证实了该传感结构在未来的光学传感领域有巨大的潜力。     

微纳光纤-金膜-氟化镁结构的光纤SPR温度传感器研究

为了提高光纤表面等离子共振温度传感器检测的适用条件，减少传感器对待测传感参量折射率的限制，避免引入对温度敏感的低折射率媒介，本文中将具有大倏逝场的微纳光纤放置于蒸镀金属膜的氟化镁衬底上，得到光纤表面等离子共振温度传感器结构。结果表明：通过使用传输矩阵的理论模型计算该结构中光纤折射率和氟化镁折射率变化对透射率影响，结合光纤和氟化镁的热光系数，分别得到约118、35 pm/℃的温度灵敏度，在光纤折射率增大对透射谱产生蓝移和氟化镁折射率增大对透射谱产生红移的共同作用下，该传感结构综合得到约153 pm/℃的传感器灵敏度。通过计算明确金膜厚度、光纤直径和光纤-金膜接触区宽度等不同的结构参量对透射率的影响。     

光纤Bragg光栅监测沥青混凝土应变试验

基于光纤Bragg光栅(FBG)传感原理,结合沥青混凝土路面的特点,介绍了传感器应变传感特性与设计封装结构,制作了一种用于监测沥青混凝土应变试验研究的光纤Bragg光栅传感器。通过砝码加载的方法对传感器进行标定,光纤Bragg光栅传感器的应变灵敏度系数为1.1 pm/με,封装工艺没有改变光纤光栅的应变传感特性;传感器埋入SMA-13沥青混凝土后,通过静态试验得到荷载与传感器轴向应变之间的关系为0.038 7με/N;通过ANSYS 11.0仿真传感器静态试验,得到传感器应变灵敏度修正因子η为0.928;进行了5 h动态试验,应用其监测室内车辙试验下沥青混凝土内部结构沿传感器轴向的应变,随着碾压次数的增加,轴向的应变增加。监测结果能够反映沥青混凝土内部结构应变基本变化规律,可用于沥青路面的应变监测,为道路养护决策提供了一种新方法。     

高灵敏度光纤气体传感器的研究

研究了差分吸收式光谱吸收型光纤气体传感器．基于NO2的光谱吸收特性,设计了一种检测NO2浓度的光纤传感系统,以LED作为光源,采用双波长差分检测技术,有效消除了由光源、光纤和传感头的不稳定所引起的检测误差,提高了检测灵敏度,大大增加了该传感器的适用性．