掺锗光纤的光敏机理及增敏方法的研究现状与发展

光纤光栅的出现使光纤通信和光纤传感技术有了很大的变化。光纤光栅的物理基础是掺锗光纤的光敏性。首先对目前较为广泛接受的两种光敏机理作了阐述和分析,然后对多种光纤增敏方法进行了讨论。可以预见,通过对光敏性的不断深入了解,将会大大地促进光纤通信、光纤传感等领域的发展。

基于卷积神经网络的增敏型光纤弯曲传感器

为了提高光纤弯曲传感器的灵敏度,增大线性范围,降低成本,本文提出一种基于深度神经网络分类塑料光纤弯曲角度及方向的方法。使用进行侧抛增敏处理的塑料光纤,在光纤输出端采集不同弯曲角度的散斑图。制作了包含五类弯曲角度的数据集一以及包含七类弯曲角度的数据集二,在预处理图像数据之后,利用多层卷积神经网络对散斑图像进行卷积和池化处理,得到散斑图像的特征图,softmax分类器用来得到分类准确率,最后对两种不同卷积神经网络模型的分类效果进行对比。结果显示数据集一光纤弯曲的角度间隔为5°时分类准确率达到了96%,理论和实际分析结果表明该方案识别率较高,基于该方法有望实现一种简单、高效的光纤弯曲传感器。

光纤布喇格光栅应力增敏理论研究

提出了一种光纤布喇格光栅应力增敏的模型,推导了该模型的应力与光纤布喇格光栅中心波长相对偏移量之间的关系,以及增敏后的光纤布喇格光栅应力响应灵敏度系数的表达式,给出了该增敏模型的弹性模量计算公式,指出通过适当选择弹性体的弹性模量和尺寸,可以提高光纤布喇格光栅应力响应灵敏度。

光纤布拉格光栅损耗特性的测量与分析

提出一种在线同步监测光纤布拉格光栅(FBG)损耗与折射率增长的方法,深入分析FBG的损耗特性在刻写时的演变过程,实验结果显示FBG的损耗系数α随耦合系数κ线性增长。为了优化FBG的损耗性能,采用损耗-耦合斜率系数α/κ衡量FBG损耗特性,结果表明:增加光纤与相位掩模板距离和使用0级衍射光衍射效率更强的相位掩模板均会使FBG的损耗-耦合斜率系数更大,这可能是与耦合系数无关的背景折射率增加所致;而且相比于载氢,采用载氘增敏方式可使FBG在1550nm附近的损耗-耦合斜率系数下降50%以上。

基于光纤光栅技术黏性土中静压闭口管桩试验研究

为研究黏性土中静压闭口管桩的贯入机理,开展了室内模型试验。制作了两根不同直径的闭口管桩,通过桩身开浅槽,单根嵌入6个增敏微型光纤光栅传感器,连续监测了静力压桩过程桩身内力变化规律,试验结果表明:由于FBG传感技术灵敏系数高、长期稳定性好等优点,因此能较好的监测沉桩过程桩身受力状态。桩径越大,摩阻比、单位摩阻力越大,端阻比反而越小;不同沉桩深度处,两根试桩桩身轴力均随着沉桩深度的增加而不断递减,但桩径小的递减速率快。