基于纳米材料涂覆的光纤四波混频实验研究

四波混频(Four-Wave Mixing,FWM)在现代光通信领域具有非常重要的应用价值,是光波长变换和波分复用的关键技术之一。利用一种新型的碳纳米管涂覆倾斜光纤光栅构建全光纤四波混频转换器,并针对该结构展开系统参数特性研究实验。针对输入倾斜光纤光栅的不同泵浦光功率和不同的泵浦光波长这两个重要参数,我们进行了四波混频效率的实验设计。通过对实验结果进行分析,可以得到实验结论:泵浦光的波长对FWM的转换效率在一定范围的影响较小,而单泵浦光的光功率对FWM的影响成二次函数的关系。通过新型全光纤四波混频实验,使学生了解全光纤四波混频的基本工作原理,激发学生对光纤通信的兴趣。     

倾斜光纤光栅透射光谱对外界介质折射率的响应规律研究

倾斜光纤光栅因其独特的结构在传感和通信领域应用前景广阔。基于模式耦合理论,仿真研究介质折射率对倾斜光纤光栅透射功率谱的影响及其变化规律。研究结果表明,当介质折射率在1.35至1.4之间变化时,本文设计的倾斜光纤光栅透射功率谱包层谐振峰位置随外界介质折射率的增大而逐渐向长波长方向移动,波长偏移量与外界介质折射率之间呈良好的线性关系,利用这个结论可进行介质折射率的测量。     

单布拉格光栅光纤压力温度双参量传感器的研究

光纤布拉格光栅(FBG)传感器采用普通悬臂梁对非温度物理量进行测量时,存在温度交叉敏感的问题.针对该问题,提出一种基于双厚度等腰三角形的双参量传感器悬臂梁结构,通过理论分析与仿真验证了该结构的可行性,并将单FBG光栅放置于该结构厚度变化交界位置构成双光栅传感.通过光纤传感理论推导和实验系统验证了温度、压力与FBG反射光谱的双波峰共模函数值、双波峰波长差之间的关系.实验结果表明该结构可以实现压力和温度的同时测量,通过双厚度等腰三角形悬臂梁传感结构可有效解决温度交叉敏感问题.     

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。     

大型海上浮吊吊臂桁架结构光纤光栅实时监测系统研究

针对大型海上浮吊吊臂桁架结构的健康监护,提出基于光纤光栅传感的大型海上浮吊吊臂桁架结构健康监测系统。从大型海上浮吊吊臂桁架结构的金属特性出发,研发粘贴式光纤光栅应力传感器。通过实验验证粘贴式光纤光栅应力传感器的温度补偿,提出低通滤波温度补偿方案,开发基于光纤光栅传感的大型海上浮吊吊臂桁架结构健康监测系统,初步实现光纤光栅波长测量与显示、数据接收与显示、应力分析与显示、起重数据显示、称质量标定、系统设置、专家分析、数据统计和用户设置共9类功能。     

数据融合在光纤光栅传感网络中的应用

网络化是光纤光栅传感的一个发展方向.在光纤光栅传感网络中,不但产生的大量数据需要实时处理,还需要对数据进行筛选、总结,从而得到被测量更加准确的信息.倾斜光纤光栅是一种特殊的光纤光栅,其透射谱中除了纤芯模之外还有一系列包层模,因此可将每一个模式作为一个传感器.以光纤光栅传感网络中的温度测量为研究对象,首次提出利用倾斜光纤光栅的多个模式作为温度测量的多个传感器,采用数据融合的方法得到更加准确的温度信息.这种方法计算简便,编程容易,在实际测量系统中具有很好的应用价值.     

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.     

基于边缘滤波的温度传感实验研究

利用基于长周期光栅的边缘滤波解调方法,在给出波长解调原理的基础上,对裸光纤光栅和毛细钢管封装的光栅进行温度传感实验研究.实验结果表明,在所测温度范围内,光纤光栅呈现良好的线性关系,且封装式传感头线性度更优.而后利用封装式探头进行解调实验研究,表明经边缘滤波解调后系统的精度进一步提高.     

基于光纤光栅传感器的混凝土梁应变检测

介绍了一种基于光纤光栅传感原理的光纤应变传感器和其测量混凝土内部应变的原理。采用GSYD-B型光纤光栅应变测量仪,利用FBG对混凝土内部应变进行了测量。通过加载条件下与应变片对比试验,验证了光栅传感器具有良好的可靠性。结果表明,这种新型光纤传感器显示了良好的传感性能,能够监测混凝土内部应变状态,发挥出成活率高、绝对值测量和寿命长等优势。     

一种高精度光纤光栅位移传感器设计研究

本论文以光纤光栅传感理论及光纤光栅位移传感器为研究内容,结合导师科研项目,利用布拉格光栅特殊的结构特性,设计并研制出一种基于行星轮系的大量程高精度布拉格光栅位移传感器,并对新的光纤光栅位移传感器原理、测量灵敏度、量程进行了理论分析和实验研究。     

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。     

光纤光栅轴向应力传感模型的研究

对光纤光栅的应力传感特性进行了理论分析,提出了光纤光栅轴向应力传感的数学模型,得出了其应力灵敏度系数的理论值,并对轴向应力作用下光纤光栅的传感特性进行了实验研究,对比分析了理论与实验结果,讨论了光纤的力学参数对光纤光栅应力传感特性的影响。     

基于TDM的分布式光纤光栅传感网络

为有效提高光栅复用容量,提出了一种分布式光纤布拉格光栅传感网络方案,并进行了实验.方案中传感解调模块以TDM方式与多个传感通道相连通,利用传感通道选择光链路以时分复用方式实现传感解调端对多个传感通道的开关控制,以时分/波分相结合的机制对分布式传感量进行解调.在实验验证系统中,基于匹配光纤光栅解调方案下,以2.5 Hz的循环测试频率,多次测量同一FBG(fiber bragg grating)周期,测得系统的解调精度为±0.06 nm,具有较好的重复测量稳定性.结果表明,方案结构简单可行性好且具有良好的可升级扩展性.     

基于光纤光栅的路面动水压力测量试验研究

汽车在有水膜的路面行驶时,动水压力将使汽车发生滑水,这是十分危险的。为了测量路面的动水压力,基于光纤Bragg光栅传感原理设计了一种光纤光栅动水压力传感器,介绍了其压力传感原理,推导了该传感器波长与压力之间的关系式。通过室内标定实验,获得该传感器的压力与光栅波长漂移成良好的线性关系,并埋设于某高速公路路面测量了动水压力。试验结果表明,该传感器稳定性好、抗干扰能力强,适用于路面动水压力的测量。     

光纤Bragg光栅横向负载敏感特性的实验研究

对光纤Bragg光栅的横向负载敏感特性进行了实验研究 .利用光纤中的应力双折射效应 ,使光纤光栅横向受压 ,产生谐振波长分裂 .通过实验研究得到了良好的谐振波长分裂与横向负载的关系曲线 ;在此基础上 ,进行了波长寻址的多点横向负载分布测量的初步探索 ,完成了两光栅同时传感的实验研究 .     

塑料光栅生物传感器的传感特性分析

采用塑料矩形光栅作为生物传感器,将生物分子介质置于光栅凹槽内,通过测量光栅衍射效率进行传感测量.给出塑料光栅生物传感器的厚度法和折射率法传感特性公式,并通过建立测量实验装置进行葡萄糖溶液浓度的测量.结果表明:传感器具有很好的线性响应,且厚度法比折射率法具有更高的灵敏度,前者测量灵敏度优于100 μg·dL^-1.     

光纤光栅温度补偿实验研究

分析了光纤布拉格光栅对温度和应变传感的响应机制,对光纤布拉格光栅传感中的应变和温度交叉敏感问题进行了讨论,在此基础上提出了采用参考光栅实现光纤布拉格光栅应变传感时的温度补偿的基本原理和方法,并通过实验进行了验证。理论和实验均证明,与其他温度补偿方法相比,笔者提出的参考光栅温度补偿法原理简单,补偿效果好。     

光纤布喇格光栅应变传感灵敏度的分析

分析了光纤布喇格光栅分别在轴向应变和径向应变情况下的传感特性,在理论上推导了光纤布喇格光栅的应变-波长位移数学模型,讨论了轴向应变灵敏度和径向应变灵敏度的异同,并且给出了计算机仿真实验结果．光纤布喇格光栅传感器在实际应用中,安装方位对光纤应变测量有很大影响,分析了轴向应变和径向应变同时存在的情况下,不同的安装方位及其不同的应变比导致光纤布喇格光栅传感灵敏度的变化,同时给出了计算机仿真实验结果．     

金属封装式FBG传感器设计及应变传递试验

为实现对被测基体结构应变的精确测量,设计一种基于金属封装粘贴式光纤光栅应变传感器,建立了6层结构的应变传递模型,分析推导了被测基体层、基底粘胶层、封装基底层、光纤粘胶层、保护层及光纤光栅层的应变传递机理,并通过理论分析和有限元仿真对比分析了光纤光栅长度、光纤粘胶层厚度、基底粘胶层厚度、中间层的弹性模量和泊松比等主要因素对平均应变传递率的影响.根据仿真结果,确定所设计的金属封装粘贴式光纤光栅传感器的封装材质、尺寸及粘胶层厚度.最后通过设计等强度悬臂梁作为施加载荷载体,提出应变传递误差修正系数,对上述铝合金封装粘贴式光纤光栅及裸光纤光栅传感器进行了应变传递对比试验.结果表明,裸光纤光栅和金属封装式光纤光栅传感器的平均应变传递率分别为98.25%和98.15%,与仿真计算误差在0.15%~0.25%以内.     

双光纤布拉格光栅温度和应变传感研究

在对光纤布拉格光栅温度和应变传感原理分析的基础上，构建了一种易于实用化的，能够实现温度和应变双参量同时区分测量的双光纤布拉格光栅传感器结构，并建立了其传感模型，从而解决了光纤布拉格光栅传感器进一步发展的关键问题，即温度、应变交叉敏感问题．最后，在现有的实验条件下设计了该模型的传感实验系统．实验结果表明，当被测温度变化在10～65℃，轴向应变在50με～350με范围内时，测量结果与实际值很接近，从而证明了双光纤布拉格光栅结构传感模型的正确性，并为其深入研究和实用化奠定了一定的理论和实验基础．