基于开腔式马赫-曾德尔光纤干涉仪的高灵敏溶液浓度传感器

溶液浓度是表征溶液特性的关键参数之一，当监测和控制溶液浓度特性时，需要实时分析监测某些溶液的浓度。光纤传感器由于具有灵敏度高、结构小巧紧凑、响应速度快、抗电磁干扰及远距离实时检测等优点，广泛用于各种物理、化学以及生物测量传感。为了实现高灵敏的溶液浓度测量，通过大错位熔接技术将三段单模光纤制备成开腔式马赫-曾德尔(Mach-Zehndel, M-Z)光纤干涉仪，通过监测干涉条纹某一损耗峰的波长漂移，实现了溶液溶度高灵敏度的检测。实验结果表明，该开腔式光纤干涉型溶液浓度传感器结构小巧、可重复性高、灵敏度高，灵敏度为-25.27 nm/%。     

基于强度调制的光纤激光折射率传感器

提出了一种基于光纤布喇格光栅与多模凹锥光纤级联结构的低探测极限光纤激光折射率传感器。采用光纤环形激光器内腔调制技术,获得了稳定、高边模抑制比和窄半峰全宽的激光信号,量化研究了有源结构下凹锥直径与液体折射率变化间响应关系。当凹锥直径为30.53μm时,最大折射率灵敏度可达-128.636 dB/RIU。考虑3σ噪声条件,实际探测极限可达8.49×10^-4 RIU。该传感器具有输出稳定和低温度串扰的优点,在生化传感和环境监测等方面具有潜在的应用前景。     

拉锥光纤传感技术

拉锥光纤传感技术作为一种新兴的传感技术,在电力、石油化工、生化、航空航天、环保、国防等领域有着重要的应用价值并逐渐成为当前国际上的研究热点之一.与普通光纤相比,拉锥光纤的模场直径为微米或纳米量级,极大地增强了光在光纤中传输时的倏逝场,从而显著提高此类光纤传感器的灵敏度及响应速度,缩小了光纤传感器的尺寸,使其在传感应用中更具优势.该文分析并讨论了拉锥光纤传感器的理论基础、关键技术及相关应用.主要内容包括:1)阐述了微米光纤耦合传感器的原理、制备工艺及折射率和温度传感特性.2)讨论了单模-多模-单模及单模-拉锥多模-单模光纤结构的传感原理并实现了一种基于单模-拉锥多模-单模的高灵敏度折射率传感器.3)为拓展拉锥光纤传感器的应用范围并提高其空间分辨率,发展了一种半拉锥光纤传感器微探头.4)介绍了拉锥光纤在光通信及微操纵等方面的应用.     

基于微结构光纤的温度传感器研究

对基于模间Mach-Zehnder干涉式、Michelson干涉、F-P干涉和荧光等原理的微结构光纤温度传感器开展了较为系统和深入的研究，建立了相关理论，研制出了一系列新型光纤温度传感器及其功能器件.展示了一种新型的多参量荧光光纤有源温度传感器，并建立一种新的信号处理方法；利用液体填充微结构光纤制作出的在线式、全光纤Mach-Zehnder干涉式温度传感器，敏感度达–1.83 nm/℃；利用全固态光子带隙光纤内的高阶导模来制作结构紧凑的Michelson高温传感器，传感头尺寸仅为1.03 mm；基于柚子型小纤芯微结构光纤制作了微腔F-P高温传感器，温度的灵敏度为17.7 pm/℃，测量温度达1 000℃.     

表面贴装光纤应变传感器设计

导出了任意应变场中任意形状的单模光纤中传输光的相位变化关系，在此基础上提出了表面贴装干涉型光纤应传感器的一种新的设计方法，可用于任意类型应变与应力场中考察点处的应变或应力测量．     

非平衡全光纤干涉仪臂长差测量方法的研究

简要分析了非平衡光纤马赫曾德干涉仪的工作原理,指出了输出干涉谱与臂长差间的联系,并用实验验证了这种关系,实测结果与预期值一致。系统测量精度20μm。该技术将有利于研制既有理想的传感分辨率,又有较高对比度的用于光纤光栅传感解调的全光纤扫描干涉仪。     

金属薄膜/波导薄膜包覆光纤端面SPR生物传感器的研究

提出了一种由高折射率纤芯/波导层/金属薄膜包覆层/被检测物层构成的四层结构表面等离子共振光纤生物传感器．对其研究发现：这种传感器能够很好地感应待测物的折射率,与三层薄膜结构光纤 SPR 传感器相比其衰减峰非常尖锐,这说明其损耗小且分辨力高, 适合长距离、高精度、高分辨力场合的测量,对生物医学中的免疫反应实时检测及表面显微技术的研究具有重要的意义．     

用于结构整体与局部健康监测的光纤超声传感器

本文提出并展示了两种光纤超声传感系统,一种是基于菲索干涉仪的结构,另一种是类萨格奈克干涉仪的结构.当系统中光纤传感器采用长跨度光纤时,可实现结构整体内部是否有微裂纹所导致超声发射的情况监测.系统中的光纤传感器部分也可以选用一段短光纤或绕成一个光纤环,从而实现单点的局部探测.文中分析了作为传感的光纤与超声的相互作用.实验上,将1 m长的光纤作为一段直线传感器和绕成光纤环形点传感器分别埋入混凝土试件中,进行了10、25和50 kH超声测量实验.结果表明,这两种光纤传感器均具无损检测的应用潜力.尤其是长尺度光纤传感器更适合于监测大尺度混凝土建筑结构的由于内部微裂纹的发生及其发展情况,对于评估结构的健康状况具有十分重要的意义.     

光纤微腔法布里-珀罗干涉传感器研究进展

光纤微腔传感器因本质安全、体积小、成本低、抗电磁干扰等优点,在光纤传感领域中获得了广泛关注.针对光纤微腔法布里-珀罗干涉传感器可测参量多并可实现多参量同时测量的特点,重点介绍了光纤微腔法布里-珀罗干涉传感器技术的研究进展,包括对温度、压力、液体折射率、氢气质量分数、有机挥发物质量分数等参量的测量,详细介绍了传感器的制作方法、传感原理和实验结果.     

光纤光栅三维拉力传感器设计

基于光纤光栅传感技术设计了一种用于监测变电站套管受力状态的光纤光栅三维拉力传感器.通过有限元仿真和实验测量结合的方式,实现了三维拉力传感器解调的设计和测试,在3个方向的灵敏度为0.01～0.02με·N^-1.对传感器进行加载测试,测试结果与加载结果基本一致,在600 N加载范围内平均误差为5.13%,光纤光栅三维拉力传感器能够实现对三维拉力的准确测量.     

单模螺旋光纤的本地场

该文从波动方程出发,直接在本地坐标系(Serret-Frenet框架)中求解单模阶跃型折射率分布的圆形芯弱导螺旋光纤,应用微扰分析法得到了基模场分布和传播常数的解析表达式。结果表明:(1)单模螺旋光纤的基模是右旋和左旋圆偏振模;(2)螺旋光纤基模间的传播常数之差为2τ。这两个理论结果和已知的实验结果一致。     

光纤传感器及其应用

光纤传感器以其极高的灵敏度和精度、固有的安全性、抗电磁场干扰、高绝缘强度、耐高温、耐腐蚀、质轻、柔韧、宽频带、集传感与传输于一体、能与数字通信系统兼容等突出特性广泛应用于机械、电子仪器表、航天航空、石油、化工、生物、医疗、环保、电力和军事等领域。一、光纤传感器的优点光纤传感器相比于其他传感器有着不可比拟的优越性。１ 光纤传感器和它的连接均由玻璃等绝缘材料制成 ,不存在电干扰问题。２ 光纤传感器很牢固。光纤玻璃的抗拉强度比钢都高。３ 光纤传感器的直径很小 ,重量很轻 ,可以用传统的表面处理技术和粘结剂极容…     

偏振型光纤应变传感器的理论分析

本文推导了一种可用于灵巧结构与灵巧蒙皮的偏振调制型光纤应变传感器的理论模型，研究了横向应变载荷作用下双折射光纤中应变对光的传播，光的双折射与旋光的影响，分析表明，传感器的感应长度与光纤中主光轴的原方向都使光以及传感灵敏度有较大影响．     

波长编码型光纤传感器高精度解调技术研究进展

介绍了波长编码型光纤传感器高精度解调技术的最新研究进展,所涉及的解调技术能够实现对波长编码型光纤传感单元阵列的亚纳应变级分辨率的测量能力.首先回顾了光纤光栅应变传感技术,分析了高精度光纤应变传感器所选用的敏感元件;然后介绍了前馈式扫频激光线宽压缩技术和闭环轮询式探测技术,详述其理论原理、实现方案、性能指标;最后介绍了基于上述技术实现的高精度光纤应变传感系统实现地壳形变观测的应用实例,为各类高性能光纤传感器的研究与应用提供参考.     

基于单模光纤纤锥耦合的温度传感特性研究

分析了环境温度对单模光纤耦合器纤锥、环境介质的折射率、耦合区域尺寸的影响,进而引起纤锥分光比和附加损耗的变化,并给出两者变化的理论曲线和实验结果。结果表明在一定温度范围内分光比和附加损耗对温度呈线性变化关系,增敏处理有利于拓宽纤锥分光比对温度线性响应的范围,提高灵敏度。     

光纤白光干涉传感技术的发展与应用

应变、形变和温度一直是智能材料或智能结构中最感兴趣的重要参量,光纤白光干涉技术为这些参数的监测提供了有效的测量方法。基于Michelson,Mach-Zehnder和Fizeau干涉仪的基本结构。结合白光干涉光程匹配技术,可实现对多传感器的解调和问询,从而很方便的实现多路相干复用。回顾了近几年来这一技术的发展,并介绍了作者的一些工作,给出了若干多路复用系统的光学结构。     

三芯LPFG模式耦合及有效折射率计算方法

以耦合模理论为基础,研究了两种不同结构的三芯长周期光纤光栅的模式耦合方式,推导了模式耦合方程. 分析了两种不同结构三芯光纤光栅包层模有效折射率的计算方法,并对包层模有效折射率进行了数值模拟计算. 模拟计算结果表明,不同纤芯排列方式会影响一阶奇次和偶次包层模有效折射率随波长增加而减小的程度. 研究结果为三芯长周期光纤光栅的进一步应用开发提供了潜在的理论指导.     

光纤法珀传感解调方法研究进展

光纤法珀传感器是目前发展历史最长、应用最普遍、技术最成熟的一种光纤传感器,广泛应用于各类极端复杂的环境中,对其传感信息进行准确解调是实现高精度测量的关键.首先对光纤法珀传感技术的发展历程进行了回顾和评述,接着介绍了光纤法珀传感器的类型和基本传感原理,对光纤法珀传感器解调方法的研究进展进行了阐述,从强度解调和相位解调两方...     

基于布拉格光纤光栅偏振相关损耗的高敏感应力传感器

主要利用布拉格光纤光栅(FBG)的传感特性来实现横向应力测量,不同于通常利用反射波长解调的方法,而是利用有效FBG反射偏振相关损耗(RPDLeff)相关特性的变化来实现对横向压力的测量.根据耦合模理论,建立了RPDLeff横向压力传感的理论模型,数值模拟显示RPDLeff很适合用来制作灵敏的横 向压力传感器.并在不同...     

光纤加速传感器在地震监测中的应用研究

地震监测与预报对传感器的灵敏度、频率范围及抗干扰能力都提出了更高要求。本文将结合地震光纤加速度传感器的基本原理,从应变传感模型和温度传感模型的分析中,探讨加速度传感器在光纤通信系统中的应用,并提出一种与纵向传感器相似的横向光纤加速度传感器构造方法,来提高地震监测的可靠性。