光纤光栅温度增敏技术

选用热膨胀系数较大的聚合物材料,采用特殊工艺用其对裸光纤光栅进行封装,极大地提高了光纤光栅的温度灵敏度.在20～90℃范围内,聚合物封装光纤光栅的平均灵敏度系数η′=112.447×10-6℃,比裸光纤光栅增加了15.804倍;温度灵敏度为0.176 nm/℃,比裸光纤光栅增加了16倍;反射波长漂移量增加了15.95倍.裸光纤光栅和聚合物封装光纤光栅的温度响应曲线均具有很好的线性.     

基于预应变的光纤光栅传感头应变传感特性的研究

报道了采用预应变方法制作的一种结构简便而新颖的光纤光栅传感探头的应变响应特性 .该方法能使一根光纤光栅产生两个以上的反射峰 ,因此能解决温度和应变测量时存在的交叉敏感问题 .在测量范围内 ,应变和温度响应曲线具有良好的线性 .光纤光栅的预应变部分和裸光纤部分的应变响应灵敏度分别为 0和 7×10 -4 nm/ με;温度响应灵敏度分别为 5 .32× 10 -2 nm/℃和 1.0 7× 10 -2 nm/℃ .     

高频CO2激光脉冲写入PCF-LPFG传感特性研究

采用高频CO2激光技术在柚子型光子晶体光纤(PCF)上写入长周期光纤光栅(LPFG),并对其温度、应变和弯曲特性进行了实验研究。实验测得,PCF-LPFG谐振波长的温度和应变灵敏度分别为0.002nm/℃和0.001 8nm/με,谐振峰损耗值对温度和应变不敏感。由于高频CO2激光写入为单侧写入,导致PCF-LPFG透射谱的弯曲特性与方向和曲率直接相关。选择弯曲灵敏度较大的方向进行了弯曲测试,测得在一定的曲率范围内,PCF-LPFG的谐振波长及谐振峰损耗值的灵敏度分别为-5.45nm/m-1和3.32dB/m-1。基于PCF-LPFG的透射谱温度不敏感特性,本文为制作不受温度影响的应变和弯曲传感器提供了新的方法。     

基于旋转折变型长周期光纤光栅的压力传感器

利用CO2激光脉冲以单侧入射方式在普通单模光纤上写出了一种折射率沿光栅轴向呈旋转分布的长周期光纤光栅．横向负载实验表明,对于折变旋转度为270°的旋转折变型长周期光纤光栅,谐振峰幅值的横向负载灵敏度为0．44dB／（g-mm^-1）,是普通长周期光纤光栅的7倍;而且由于旋转变化的折射率结构降低了光栅的原始双折射,使得这种光栅在各圆周方向上谐振波长对横向负载都不敏感．利用这一特性可用于制作体积小、操作简单、成本低廉的高灵敏度光强型压力传感器．     

光子晶体光纤及在光纤光栅中的应用

从光子晶体光纤(PCF)与普通光纤在光纤结构上的差异出发,简要分析了PCF的导光原理与单模特性,探讨了基于PCF的光纤光栅的稳定性,基于聚合物填充多孔光纤的长周期光纤光栅的温度调谐性能,以及纯结构性非光敏纤芯长周期光子晶体光纤光栅的原理,从一个方面说明了光子晶体光纤的潜在应用。     

基于高阶模干涉的双参量同时测量传感器的实验研究

提出一种单模-多模-单模(SMS)与光纤布拉格光栅(FBG)级联的传感结构,利用了多模光纤内的高阶模干涉原理实现传感测量.本文采用了同长度芯径分别为50μm和60μm的多模光纤.实验结果显示,在SMS结构中,芯径50 μm和60μm的温度灵敏度分别为0.095nm/℃和0.127nm/℃,采用大芯径多模光纤略有提高SMS结构的温度灵敏度;折射率灵敏度分别为61.96nm/RIU和128.11nm/RIU,采用大芯径多模光纤大大提高了SMS结构的折射率灵敏度,该传感器能够用于温度和折射率的同时测量.     

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．     

光纤涂覆层对应力长周期光纤光栅传输谱特性影响的实验研究

就涂覆层对应力长周期光纤光栅谱特性影响进行了研究,发现去涂覆层的应力长周期光纤光栅的谱特性对应力的灵敏度比未去涂覆层的明显的高,且大大改善了其传输谱的特性.     

一种新型的光纤光栅温度增敏技术

通过氢氟酸腐蚀提高光纤布拉格光栅的应变灵敏度,再把腐蚀后的光纤光栅封装在铝套管中,结合这2种增敏效应,得到了具有更大更灵活的温度灵敏度的光纤光栅,并分析了这种封装结构的温度增敏原理.实验表明,封装后的光纤光栅在20～90℃温度范围内,其等效温度度比普通光纤光栅提高了约5.53倍,比直接铝套管封装的光纤光栅提高了约后的光纤光栅温度特性曲线具有很好的线性度,达到了0.9973,并且这种封栅,结构简单,实用性强.     

单个LPFG实现溶液温度和折射率测量的两种方法

长周期光纤光栅(LPFG)具有不同损耗峰,对外界环境表现出不同的灵敏度;一个损耗峰近似线性区的光强对数值与外界环境参量均具有线性关系,并且折射率在一定范围内时损耗峰中心波长与外界环境参量同样具有线性关系。本文提出两种单个光纤光栅进行温度和折射率同时测量的方法,长周期光纤光栅透射谱的两个不同阶次的损耗峰具有不同的温度和折射率灵敏度;一个损耗峰的近似线性区内光强对数值和其损耗峰同样具有不同的温度折射率灵敏度。利用这两种谱特性实现单个光栅双参数测量。对长周期光纤光栅的光谱进行理论分析和数值仿真,证实了这两种方法的可行性。单个长周期光纤光栅作为传感器较其他结构复杂的传感器的灵敏度相对较低,由于其解调简单、成本低廉、体积小巧,具有很好的应用前景。     

Applications of Acrylate—based Polymer and Silicone Resin on LPFG—based Devices

Both acrylate-based polymer and silicone resin are proposed as recoating materials surrounding LPFGs for purposes of different applications.For the LPFG recoated with a thin layer of acrylate-based polymer,the range of wavelength shift as much as 60nm is expected when temperature changes from0-100℃.As for that with surrounding material of silicone resin,the temperature stability is greatly improved depicted as the maximum wavelength shift of about 0.6nm with the same temperature variation.The former is potentially a broadband tunable band rejection filter or temperature sensor with enhanced sensitivity.And the latter could be applied as temperature insensitive filter,demultiplexer or strain sensor.     

镀有敏感膜的长周期光纤光栅NO气体传感特性

为提高长周期光纤光栅(LPFG)化学传感器检测折射率小于1.4介质时的灵敏度,实现对一氧化氮(NO)气体的高灵敏度检测,采用在常规长周期光纤光栅包层外镀上折射率大于包层折射率的SiO2-WO3薄膜的方法,运用四层阶跃折射率耦合模理论,分析长周期光纤光栅谐振波长的光谱特性.当膜厚为最佳值时,谐振波长变化率最大,灵敏度最高.在室温下,用镀有不同膜厚的传感器检测体积分数为2%的NO气体.结果表明,只有镀3层膜的传感器谐振波长红移4.77 nm,灵敏度达3%,元件响应时间10 s,恢复时间20 s,其他膜厚的传感器谐振波长没有变化.     

涂覆PDDA/PSS膜的长周期光栅对湿度的响应性能

用静电自组装的方法在长周期光栅的表面制备了聚二甲基二烯丙基氯化铵/聚苯乙烯磺酸钠（PDDA/PSS）膜,并研究了它们对空气中湿度的响应。实验结果表明,随着空气绝对湿度的增加,长周期光栅传输谱的谐振峰波长逐渐向长波方向移动,在25～45℃范围内,饱和蒸气压与谐振峰波长呈现了很好的线性关系,相关系数为0.9727。涂覆PDDA/PSS膜的长周期光栅能感受空气中水蒸气的含量,有望用于制作湿度传感器。     

新型自温补FBG锚杆测力计研制优化及应用

 针对现有锚杆端部载荷监测仪器无法满足岩土工程长期监测及数据远距离传输的现状,基于光纤光栅轴向应变特性,提出一种结构简单、自带温补并适用于工程测量的新型FBG 锚杆测力计.通过SolidWorks 2012 有限元仿真软件,分析锚杆测力计在外界压力下的轴向应变分布,进一步优化设计传感器内部结构,提高传感器的应变传递系数.理论计算得该锚杆测力计压力敏感光栅中心波长的变化量Δλ_B与外界压力F 之间的对应关系为Δλ_B=9.4735·F.性能实验数据表明该传感器线性度大于0.99,压力测量分辨率为0.093 kN,压力敏感系数K 为10.7 pm/kN.将该FBG 锚杆测力计应用于某煤矿巷道,现场测试数据证实该传感器可以实时的监测围岩压力变化,满足井下复杂测量坏境的需求,实用性较强.     

长耦合区光纤熔锥型温度传感器

全光纤温度传感器是超高电压下测量温度的急需器件.用增长光纤耦合区长度的方法使得对温度不很敏感的光纤熔锥型耦合器其分束比对温度变得比较敏感,从而达到对温度传感的目的,由于没有附加敏感材料,其长期重复性和可靠性较好.对不同拉锥长度的耦合器在温度的敏感性和线性度等方面进行了研究,目前实验样品在－40～90℃范围内,输出分光可见度已达到0.7%/℃,并有较好的线性度和重复性.     

全对称谐振式压力传感器结构设计与仿真分析

提出了一种基于侧向驱动的全对称谐振式压力传感器结构.谐振结构采用侧向梳齿电容驱动,既保证了驱动力的线性特性,又由于本身的空气阻尼为滑膜阻尼,可以取得较高的品质因子.另外,设计的差分电容结构能进一步提高器件的检测灵敏度.经过ANSYS 10.0的仿真分析总结出谐振结构固有频率受结构参数影响的规律,确定了量程为0～550 kPa的谐振式压力传感器具体尺寸,其灵敏度达到了22.602 Hz/kPa;分析了温度对谐振结构固有频率的影响,得到-20～60℃下的热灵敏度温度系数为-1.8233 Hz/℃,为后续的温度补偿提供依据;最后通过分析谐振结构的频域响应特性,最终确定了传感器的频域特性曲线以及不同阻尼比下传感器的品质因子.为谐振式压力传感器真空封装的真空度选择提供参考.     

基于薄壁应变筒的光纤布拉格光栅压力传感器

综述光纤布拉格光栅的传感机理，研制基于薄壁应变筒的光纤布拉格光栅压力传感器。该传感器力灵敏度高，同时又能实现温度补偿；其结构简单，易干工业化生产。对静态特性实验研究结果表明，该传感器系统具有比常规的压力传感器更优越的性能，     

变压器绕组光纤光栅温度传感器的优化设计

基于光纤光栅原理,研制了直接测量变压器绕组内部温度的光纤传感器,对传感器的封装工艺、材料进行了优化设计,解决了热力场和应力影响问题。经过温度标定实验,对光纤温度传感器进行了温度校准。现场实验表明,光纤温度传感器与电子传感器的测量温度能够保持较好的一致性和重复性,测量灵敏度小于0.1℃,测量精度可达到±0.5℃,满足变压器绕组内部温度的实时在线检测要求。     

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。