基于光纤环形衰荡腔的甲烷传感研究

提出一种基于腔衰荡光谱技术的新型光纤甲烷传感方法,与传统的甲烷传感方式相比,它可以通过测量信号的相位移动来测量气体的浓度。实验中采用了环形的光纤结构,避免了小型渐变折射率透镜构成的微型气室产生的二次噪声,提高了系统的灵敏度。结果表明,该系统可以应用于低浓度气体的在线检测。

基于光纤腔衰荡光谱的浓度和温度测量

为了提高浓度和温度测量的灵敏度和稳定性,采用时域分析法监测光纤系统中的光损耗,研制了基于光纤环形腔衰荡光谱的传感系统。基于该系统对浓度和温度进行传感测量实验,分析了错位传感结构的参量选择,并研究了空载时腔内信号放大对脉冲强度和脉冲数量的影响。结果表明,当干涉长度L和错位量D分别为4cm和3.75μm时,干涉效果最优;脉冲强度是无腔内放大时的4倍且脉冲数量更多;当蔗糖和葡萄糖溶液浓度为0.100g/mL^0.400g/m L时,浓度灵敏度为756.51μs/(g/mL)和909.07μs/(g/mL),检测限为0.0014g/mL;当温度为30℃~200℃时,温度灵敏度为1.83μs/℃。该系统的设计和研究为浓度和温度的传感应用提供了有价值的指导。

FBG环形衰荡腔的温度传感动态特性研究

通过分析光纤布拉格光栅(FBG)光谱响应和指数衰荡的动态变化,探究内置FBG光纤环形衰荡腔的温度传感系统性能。建立FBG环形衰荡腔的理论模型,研究FBG透射谱中心波长与指数衰荡时间随温度的变化及其动态的演变过程,搭建1551.13 nm脉冲激光的FBG环形衰荡腔温度传感系统对其进行了实验验证,数值模拟结果与实验结果相吻合。实验结果表明,所提系统在低温环境-40℃下有良好的重复性、稳定性,测量分辨率高达0.05℃,温度灵敏度为0.02501/(μs·℃),FBG中心波长的灵敏度为0.00248/(μs·pm)。

应用FLRDS技术测量多模光纤的弯曲损耗

光纤环形腔衰荡光谱技术是一种新颖的吸收光谱技术,具有灵敏度高,信噪比强等优点。利用这种技术可以实现环形腔内光损耗的测量。对多模光纤的弯曲损耗进行了定量测量和分析。

基于开放光路FLRDS技术的C_(2)H_(2)和C_(2)H_(6)气体检测

磷酸铁锂电池因其较长的使用寿命和环保性,被广泛应用于储能系统。然而,近年来,储能电站安全事故频发,给电网稳定运行造成了威胁。在热失控过程中,磷酸铁锂电池会产生C_(2)H_(2)和C_(2)H_(6)等可燃气体,是造成燃烧、爆炸等灾害的重要原因。因此,实时准确监测储能预制舱内C_(2)H_(2)和C_(2)H_(6)等可燃气体的浓度是保障其安全稳定运行的关键。文中提出一种基于开放光路光纤环形腔衰荡光谱(fiber loop ring-down spectroscopy,FLRDS)技术的气体检测方法,可实现自由空间内微量气体在线监测。对梯度折射率(gradient index,GRIN)透镜的空间光耦合光学损耗进行理论和实验分析,建立插入损耗为0.95 dB的开放光路FLRDS气体检测系统。根据C_(2)H_(2)和C_(2)H_(6)红外光谱特性,开展激光光源性能测试。模拟开放空间气体环境研究了C_(2)H_(2)和C_(2)H_(6)的气体浓度检测方法,结果表明,该系统具有较好的稳定性,N_(2)背景下测量信号标准偏差S仅为平均值的0.156%。衰荡时间与气体浓度之间存在良好的线性关系,C_(2)H_(2)线性拟合度R2为0.99832,C_(2)H_(6)线性拟合度R^(2)为0.99472。反演计算结果表明,C_(2)H_(2)和C_(2)H_(6)的最大相对误差分别为3.215%和4.72%,最大绝对误差分别为16.86μL/L和12.74μL/L,测量精度良好。

基于FLRDS的双路复用微位移传感系统设计

针对目前光纤环形腔衰荡光谱技术多用于测量单一通道或者单一物理量的问题,依据双通道同步检测的思想,在传感系统中结合延迟线方法,搭建了基于光纤环形腔衰荡光谱技术的双路复用微位移传感系统,并对其重复性、灵敏度、复用性等特性进行了实验研究。结果表明:该系统可在双通道条件下分别实现0~10位移测量,且在未发生位移时两路传感器的重复性测试结果分别为(0.950 080 6±0.001 151)μs^-1和(0.953 523±0.001 757)μs^-1;当两路传感分别产生6 mm和5 mm的位移时,重复性测试参数变化为(0.955 884±0.001 966 4)μs^-1和(0.959 957±0.002 013)μs^-1;双路传感器的灵敏度分别为(1.07×10^-3±7.337×10^-5)μs^-1·mm^-1和(1.00×10^-3±4.130×10^-5)μs^-1·mm^-1.经实验验证,双路传感器的相对误差分别为2.1%,4.0%,可为实现多参数同步检测提供一种有效的途径和方法。