光纤宏弯传感器研究进展

从光纤宏弯曲损耗和微弯曲损耗的基本原理出发,介绍了光纤宏弯传感系统的构成和原理,对光纤宏弯传感器的研究现状进行了详细论述,分析了研究中存在的问题,提出了一种基于光纤宏弯传感的智能结构。

聚酰亚胺涂覆的光纤宏弯温度传感器

为了提高光纤宏弯温度传感器的性能,提出了一种基于聚酰亚胺(PI)涂覆的新颖光纤宏弯温度传感器。利用基于纤芯-包层-无限涂覆层结构的光纤弯曲损耗-温度测量方法确定了传感器的光纤弯曲半径,将PI薄膜涂覆在1060-XP光纤包层外获得了新型的光纤宏弯温度传感器。该传感器的温度传感实验结果表明,PI涂覆不仅能提升光纤的机械性能和耐热性,还可实现温度灵敏度和温度测量分辨能力的显著提高。该新颖的光纤宏弯温度传感器可实现-20~100℃的宽温测量范围,温度灵敏度为0.072 dB/℃,分辨能力为0.14℃。与其他光纤宏弯温度传感器相比,所设计的传感器的温度传感性能显著提高。

基于光纤FTIR效应的连续式液位传感器研究

光束在宏弯的光纤内传播时会发生能量损耗并辐射到光纤包层外,引起受抑全内反射,辐射的能量同时受外界环境折射率的影响,因而可用于液位传感。因现有传感器受光源和外界环境干扰较大,信噪比较差,成本较高,为了解决这一问题,该文提出了一种双光纤扭绞结构的连续式液位传感器。通过理论和实验分析证明,宏弯光纤能量回馈到传感结构中并受外界环境折射率的调制。通过搭建实验平台进行测试,发现液位高度从350mm下降到0的过程中,暗场光纤末端功率值近似线性从0.448μW降到0.15μW,液位区分度达到4dB。同时,该文对影响液位传感器测量的主要因素进行了分析验证。

柔性可穿戴的腕关节运动角度传感器

为解决难以在柔性康复机器人上安装角度传感器的问题,设计了一种柔性可穿戴的腕关节掌屈运动角度传感器。基于光纤宏弯损耗原理,将光纤嵌入硅橡胶,构成柔性传感模块。硅胶模块与织物结合,组成测量腕关节掌屈运动的角度传感器。该传感器具有对温度不敏感,不受电磁干扰,成本低,不干扰柔性驱动器工作等优点。设计并制造该传感器,试验验证结果表明,硅胶模块在重复拉伸收缩运动时的重复性误差为1.42%、迟滞为1.39%、标定误差为0.53%。与传统的用量角器测量关节运动角度的方法比较,该传感器的测量误差更低,能够实现实时角度监测,与驱动器组成闭环控制,具有实际的应用价值。

带式漏水传感技术及定位方法的研究

提出了一种基于双光纤宏弯耦合效应的新型带式漏水传感装置的整体设计方案。传感探头采用未经任何处理的双光纤扭绞螺旋结构,利用光纤宏弯时引起光纤内传播的光束泄露到双光纤扭绞结构中,并受环境折射率的调制,从而实现漏水传感。设计电路进行微弱信号提取,最后利用锁相放大技术改善信号质量,根据最后输出电压值的变化判定有无漏水及漏水量的多少。采用寻址定位法实现长达12.8 m的检测范围内50 mm的检测精度。搭建漏水检测实验平台,经实验证实,电压—漏水量关系接近线性,50 mm测量范围内最大线性误差为2.06 mm。

光电话耦合夹钳的优化光路结构设计

光电话耦合夹钳是一种在裸光纤间提供光纤无损伤光信号双向耦合的光纤无源器件,文章用光纤弯曲损耗和几何光学原理分析了它的光路结构与光纤弯曲损耗及耦合效率的关系,并在自聚焦透镜的基础上提出了一种优化光路结构设计方法。