基于光纤Bragg光栅的模型桨叶弯矩解耦方法

近年来,光纤Bragg光栅(FBGFiber Bragg Grating,FBG)这种具有体积小、质量轻、抗电磁干扰能力强、可实现准分布式测量等独特优势的新型传感器受到了人们的广泛关注。为了实现其在直升机飞行试验中的工程应用,引入基于应变差值计算的桨叶弯矩解耦方法,通过标定实验确定不同光纤Bragg光栅组合桥路测量弯矩的耦合系数,选择最优弯矩解耦组合桥路,完成载荷标定。实验结果表明,光纤Bragg光栅传感器适用于直升机桨叶弯矩测量,可以实现挥舞、摆振、扭转弯矩的有效解耦和准分布式测量。

面向光纤光栅传感线性拟合度的PSO-GPR算法

【目的】为了提高光纤布拉格光栅(FBG)传感系统中反射光谱中心波长与外部环境变量之间的线性拟合度,文章提出了使用粒子群优化的高斯过程回归模型应用于FBG应力传感领域。【方法】针对FBG的反射光谱特性,文章研究了对于FBG传感系统在光谱拟合中线性拟合度的影响,通过粒子群算法去寻找高斯过程回归模型中的最优超参数以提升对反射光谱中心波长的预测性能。文章搭建了FBG应力传感实验平台,将FBG铺设在强度梁上,在等强度梁一端施加不同重量的砝码对FBG产生轴向应变,通过光谱仪采集反射光谱数据并使用文章所提模型进行线性拟合分析处理,将未优化的高斯过程回归模型、最大值法、高斯拟合法和质心法得到的结果作为对照组。【结果】结果表明,在掺铒光纤放大器输出功率为10 dBm、传输光纤距离为50 m、光谱仪采样点个数为501的条件下,反射光谱中心波长与砝码重量之间的线性拟合度均优于对照组,文章所提模型的线性拟合度最高能达到0.9519,相较于对照组均有所提升。在501、251、167和126点的光谱采样点条件下,文章所提模型能将系统的线性拟合度提升到0.9900,相较于最大值法最大提升了0.2587。【结论】分析结果表明,使用粒子群优化的高斯过程回归模型能够有效提高FBG应力传感系统的线性拟合度。

线性啁啾光纤Bragg光栅的分段切趾技术

基于耦合模理论和传输矩阵法,引入分段切趾(变迹)技术,对线性啁啾光纤BRAGG光栅进行分析。以5段对称切趾为例,对切趾后光纤的反射谱、时延曲线等特性进行数值分析,对比传统的单一函数完全切趾和对称切趾技术,说明分段切趾对光纤光栅性能的优化作用。

压差式光纤光栅静力水准仪的设计与研究

为实现对建筑结构不均匀沉降的有效监测,基于光纤光栅与连通器的基本原理,该文设计了一种压差式光纤光栅静力水准仪,并对该水准仪进行了理论推导、标定试验及静态特性分析。试验结果表明,该水准仪灵敏度为6.5 pm/mm,线性拟合度R^(2)为0.999,非线性误差为1.48%,迟滞性误差为0.74%,重复性误差为5.72%,总精度为5.95%。为增大该水准仪灵敏度特性,对原有的波纹膜片改进与分析,结果表明,改进后的水准仪灵敏度为11.87 pm/mm,较改进前提升了约1.8倍。该结构形式的水准仪可对建筑物的沉降进行有效监测,为建筑物结构健康监测提供有效的技术支持。

非对称切趾对线性啁啾光纤Bragg光栅反射谱畸变补偿

为了对线性啁啾光纤Bragg光栅在对称切趾后可能带来的反射谱倾斜畸变进行补偿,提出了非对称切趾结合分段切趾补偿反射谱倾斜畸变的方案,并分析这种补偿方案的正确性。通过数值模拟的结果对改变切趾比例和改变切趾函数(切趾强度)的两种非对称切趾补偿反射谱畸变的方案进行了比较,进一步论证了非对称补偿反射谱倾斜畸变的可行性。

线性啁啾光纤Bragg光栅的分段切趾技术

基于耦合模理论和传输矩阵法，引入分段切趾（变迹）技术，对线性啁啾光纤BRAGG光栅进行分析．以5段对称切趾为例，对切趾后光纤的反射谱、时延曲线等特性进行数值分析，对比传统的单一函数完全切趾和对称切趾技术，说明分段切趾对光纤光栅性能的优化作用．

Bragg光纤光栅的非线性开关特性研究

从耦合模理论出发,通过单独改变入射波中心波长、光纤光栅长度及耦合系数,数值研究了光纤光栅双稳态开关特性,给出了输入输出特性与这些参数的单一依赖关系曲线,得出一些有意义的结论。在此基础上,对如何减小非线性开关阈值进行了总结和探讨,并提出运用稀土掺杂光纤光栅与F-P腔相结合的结构来降低光开关阈值。

线性啁啾光纤Bragg光栅的实验研究

本文给出了 1 42 mm长相位掩模板和扩束技术研制的色散补偿线性啁啾 Bragg光纤光栅 ( CFBG)的反射谱特性及传输实验结果 ,本实验研制的线性啁啾 Bragg光纤光栅样品带宽为 0 .56～ 0 .92 mm。可实现对普通光纤色散补偿 1 0 0 km以上 ,色散代价小于 1 .5d

基于非线性偏振旋转效应的双波长可切换掺铥光纤激光器

提出并实现了一种基于重叠光纤光栅(Superimposed fiber Bragg grating,SI-FBG)和非线性偏振旋转效应(Nonlinear polarization rotation,NPR)的双波长掺铥光纤激光器(Thulium-doped fiber laser,TDFL)。两个SI-FBG作为波长选择器件,SI-FBG1的透射中心波长分别为1940.48 nm和1942.87 nm,SI-FBG2的透射中心波长分别为1940.47 nm和1942.83 nm。利用NPR效应抑制激光器谐振腔内的增益竞争,实现了稳定的单波长与双波长激射。实验测得可切换的单波长输出分别为1940.47 nm和1942.87 nm,光信噪比均高于37.1 dB,50 min内的波长漂移和功率波动均小于0.1 nm和0.67 dB。此外,通过调节谐振腔内的偏振控制器(Polariza⁃tion controller,PC)可以实现1940.47 nm和1942.87 nm两个波长同时输出,两波长光信噪比均大于15.3 dB,未在光谱仪监测过程中发现明显的波长变化,功率波动均小于0.63 dB。

光纤Bragg光栅力觉传感器在健康医疗领域的应用

在微创手术等现代医疗过程中普遍存在力触觉反馈缺失、健康体征监测系统有待完善和提升等问题,使得力触觉感知成为了机器人领域中热门的研究方向。传统的电学类传感器存在明显的体积大和生物相容性差等问题,难以直接应用于微创手术等场景。光纤Bragg光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感技术因其抗电磁干扰能力强、生物相容性高、宽带宽和尺寸小等特点,正被广泛应用于健康医疗领域。主要介绍了FBG力觉传感器的工作原理及其传感特性,详细叙述了国内外基于FBG的力触觉传感器在健康医疗方面的研究现状和应用情况,并展望了光纤光栅式力觉传感技术在健康医疗领域的发展趋势。

非线性二次曝光法制作三角形光纤Bragg光栅

提出了一种利用非线性二次曝光技术制作三角形光纤Bragg光栅的新方法.该方法只使用普通Bragg位相模板,采用两次曝光技术,通过控制光纤光栅的本地谐振波长和反射率,达到控制光纤光栅谱形的目的.第一次直接对光纤曝光,用来控制光纤光栅谐振波长;第二次通过位相模板曝光,用来控制光纤光栅的反射率.考虑到光敏光纤感光特性曲线的多项e负指数变化规律,按照“分步写入光纤光栅设计软件”进行曝光分布设计,利用“分步曝光光纤光栅写入系统”进行曝光控制,使用信息产业部第46研究所生产的DCS01型光敏光纤,得到了线性范围1.24nm、反射率为0～64%的三角形光纤Bragg光栅.三角形光纤Bragg光栅作为光纤光栅传感解调器件,在光纤传感领域具有重要应用价值.

基于聚合物薄膜的光纤Bragg光栅甲醇传感器

为了稳定准确地检测甲醇蒸汽浓度,该文提出了一种基于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜的光纤Bragg光栅(FBG)甲醇传感器。首先使用氢氟酸腐蚀部分包层,在栅区表面涂覆一层PMMA薄膜;然后构建测量系统,建立了传感器检测甲醇蒸汽的理论模型;最后引入温度补偿单元,消除温度对甲醇蒸汽浓度测量产生的影响。实验研究了PMMA薄膜厚度和温湿度对传感器灵敏度的影响,测试了传感器的响应时间、选择敏感性和检测下限。研究结果表明,在甲醇质量浓度为20~160 mg/L时,传感器的中心波长漂移与浓度间具有线性关系(线性系数R2=0.992)。在温度20~40℃,相对湿度40%~80%时,传感器能够准确检测甲醇蒸汽浓度的变化,其灵敏度为0.292 pm/(mg·L^(-1)),相对误差为9.3%,检测下限为20 mg/L。

带宽为0.84nm色散补偿100km以上线性啁啾光纤Bragg光栅的研制

本文用传输矩阵法分析了啁啾Bragg光纤光栅的反普特性及时延特性，同时给出了用142mm长相位拔模板和扩束技术研制的色散补偿线性啁啾Bragg光纤光栅的反射谱特性及传输实验结果，实验研制的线性啁啾Bragg光纤光栅样品带宽为0．56－0．84nm，可实现对普通光纤色散补偿100km以上。

线性啁啾光纤Bragg光栅分段切趾优化

分段切趾是光纤光栅一种新的切趾改进技术。针对线性啁啾光纤Bragg分段切趾的两个重要参数:分段切趾比例和分段切趾强度进行讨论。基于数值模拟的结果,以三分段切趾为例,分析两个参数对光栅性能的影响以及进行优化的方法。

光纤Bragg光栅非线性开关动态特性研究

基于光纤Bragg光栅中脉冲演变遵循的非线性耦合模方程,数值分析了光纤Bragg光栅在禁带附近由非线性光学特性导致的Bragg波长偏移。仿真结果表明:随着输入信号功率的增大,光栅的布拉格波长向长波方向移动,反射峰值下降,反射带宽变窄。进一步研究了基于此效应的全光自开关特性,结果表明:此开关的稳定时间短,并且输出脉冲形状保持良好。因此,这种具有高非线性系数的光纤光栅实现的全光开关在全光信号处理方面具有广泛的应用前景。

非线性啁啾光纤光栅的色散设计

针对光纤激光中的高阶色散失配问题,基于传统光脉冲群延迟原理,提出了一种非线性啁啾光纤光栅的色散分析数学模型,推导了布拉格反射波长与色散参量及色散斜率的数值关系。同时,利用该模型研制了两款用于1μm波段超快光纤激光的非线性啁啾光纤光栅,可将入射脉冲宽度分别展宽至150 ps或1 ns以上,并通过光谱干涉法获得了两款光纤光栅的色散曲线。研究结果表明,两款光纤光栅的色散参量实测值分别为-10.3 ps/nm和-107 ps/nm,色散斜率实测值分别为-0.013 ps/nm2和-0.087 ps/nm^(2),与设计参数具有良好的一致性。这可为啁啾光纤光栅的设计分析和生产测试提供新的解决思路和参考依据。

用传输矩阵法研究光纤Bragg光栅的非线性特性

从耦合模理论出发,利用传输矩阵法求解耦合模方程,数值研究了光纤光栅双稳态开关特性,给出了输入输出特性的依赖关系曲线,得出一些有意义的结论。在此基础上,对传输矩阵法在啁啾光纤光栅的非线性双稳态中的应用进行了探讨。

非线性二次曝光法制作啁啾光纤Bragg光栅

在利用二次曝光技术制作啁啾光纤Bragg光栅的方法中,把曝光扩大到光敏光纤感光特性曲线的非线性区,使得二次曝光法制作的啁啾光纤Bragg光栅的带宽和反射率大大提高。根据自行编写的“光纤光栅曝光设计软件”进行曝光设计,利用“分步扫描写入光纤光栅系统”进行扫描曝光控制,得到了3dB带宽0 .91nm、顶部带宽0 .6 2nm、反射率90 %的啁啾光纤Bragg光栅。对于使用的DCS -0 1型光敏光纤,二次曝光法制作的啁啾光纤光栅的最大带宽极限可达到1.82nm。

光纤Bragg光栅温度和应变传感特性的试验研究

在光纤Bragg光栅传感原理的理论分析基础上,采用保温装置和等强梁结构对其温度和应变传感特性进行了试验研究,并做了试验结果的误差分析。其结果表明光纤光栅的Bragg波长随温度和轴向应变的变化呈现出良好的线性关系,且重复性较好。试验测得的温度灵敏系数升温时约为9.54 pm/℃,降温时约为9.53 pm/℃,理论计算值约为9.72 pm/℃;应变灵敏系数加载时约为1.006 pm/με,卸载时约为1.005 pm/με,理论计算值约为1.011 pm/℃;其试验值与理论计算值吻合得很好。同时介绍了一种简单实用的温度补偿技术,得出了考虑温度补偿后的实际应变与光栅波长的关系式,并采用焊接应力在线监测试验对其温度和应变传感特性的标定值进行了验证,为光纤Bragg光栅在铝合金工程结构中进行温度和应变监测提供了理论依据和试验数据,对光纤Bragg光栅传感测量的工程应用具有借鉴作用和重要意义。

采用WDM技术的光纤Bragg光栅传感网络

采用绝对测量原理的波长调制技术 ,光纤Bragg光栅可组成并行、串行和阵列WDM拓扑结构 分析表明 ,光纤Bragg光栅网络的工作原理类似于一个多宽带平面镜 利用光谱仪可测量上述光纤Bragg光栅网络的反射谱 ,其中 ,光源是宽带为～ 4 0nm的掺饵光纤放大器 当网络中的光纤Bragg光栅受扰动后 ,受扰光栅的反射谱发生相应的变化 ,即Bragg波长发生相应的偏移 结果表明 ,当事先确定了光纤光栅的波长调制范围 ,反射的峰值波长能反应光纤光栅传感网络的信息 值得注意的是～ 3nm的波长调制范围可满足～ 10 0℃和～ 2 0 0 0