表贴式光纤光栅锚杆应变感知机理与应用研究

自主设计一种光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)测力锚杆,基于线黏弹性黏结剂对剪切应变传递的影响,将黏结层简化为标准线性固体模型,建立光纤光栅剪切应变传递的力学分析模型,得到表贴式FBG传感器准静态应变传递关系,结合光纤光栅对轴向应变的敏感特性,推导出FBG测力锚杆光力转换方程,设计3组锚杆单轴拉伸试验验证了方程的正确性.研究结果表明:电阻应变仪测量的应变值和根据转换方程计算得到的FBG测力锚杆测量的应变值呈正比例关系,比例系数分别为1.099 69,0.976 74,1.017 35,相关系数达0.993以上.在阳煤一矿81303回风巷中构建了锚杆杆身轴力分布的光纤光栅监测系统,成功监测井下巷道锚杆杆身受力情况.

基于激光器内腔调制的低探测极限折射率传感系统

报道了一种基于光纤激光器内腔调制的低探测极限折射率传感系统。将基于单模-无芯-单模的全光纤多模干涉结构作为损耗调制器件插入光纤激光器环形腔内,采用激光器内腔调制技术获得了高灵敏度、高信噪比、窄半峰全宽的传感信号,从而实现了低探测极限的折射率测量。系统的折射率探测极限可达7.3×10-7 RIU。该传感系统具有输出稳定、温度交叉敏感小的特点,在高精度生物化学传感、海洋环境监测等领域具有一定的应用潜力。

基于频域能量检测器的脉冲激光声信号检测

结合实测的激光致声信号时频域特性,提出了一种基于频域能量检测器的新型水下脉冲激光声信号检测方法,并分析了不同频率激光声信号的衰减特性。针对远距离条件下高频信号衰减严重的问题,在频域能量检测器的前端添加了预补偿滤波器。蒙特卡罗仿真结果表明,带预补偿滤波器的频域能量检测器可以有效提高远距离下激光声信号的检测性能。

基于小波包技术的激光致声水下目标识别研究

高能量脉冲激光水下激发声源信号具有脉宽窄、频带宽的特点,激光能量在允许的范围内波动时,激光声信号频域能量分布保持稳定。利用小波包技术对激光声信号在目标物上的回波进行分析,提取声目标特征信息,可以达到目标识别的目的。选用db4小波基,对激光声信号进行4级小波包分解;将分解后的信号进行能量特征提取,分析声信号频域能量分布特征;为了获得激光声信号在目标物上反射前后的时域特征变化情况,对分解后不同节点信号进行重构,进行重构信号与原始信号的相关分析,确定信号的有效滤波频段。数据分析表明,小波包分析方法可有效地对激光声信号的瞬态特性进行分析,根据能量特征值选取信号滤波频段可对信号进行有效滤波,实现了水下不同目标物的分类识别,可为激光致声水下目标探测研究提供参考。

混合超表面窄带吸收器的仿真设计及特性研究

金属-介质-金属结构的超表面窄带吸收器应用广泛,但金属固有的欧姆损耗会导致吸收峰的半高全宽偏大,影响吸收器在传感领域的应用。本文用介质顶层结构取代超表面的金属顶层结构,设计了一种介质-介质-金属结构的混合超表面窄带吸收器。吸收器由Al_(2)O_(3)倒圆台顶层阵列、SiO_(2)中间介质层以及银膜基底组成,通过有限元法对吸收器的吸收光谱进行仿真,结果显示吸收器在可见光波段产生最大吸收率为99.88%、半高全宽为2.26 nm的吸收峰。通过与相同尺寸参数的金属-介质-金属超表面窄带吸收器进行吸收光谱和吸收峰处电场分布的对比,分析两种结构不同的吸收原理。同时对混合超表面窄带吸收器尺寸参数对吸收峰的影响,吸收器对外界折射率的传感性能进行仿真和分析,为该结构吸收器的可调性和稳定性,以及在折射率传感上的应用提供参考。