基于F-P干涉的强度型光纤压力传感器

研究基于强度解调技术的Fabry-Perot干涉型光纤微机电系统(micro-electro-mechanical systems,MEMS)压力传感器.该传感器采用MEMS各向异性腐蚀工艺加工的方形硅杯,其硅杯结构尺寸和表面光洁度比圆形压力敏感膜一致性好.传感器采用大面积比的方法,降低硅敏感膜片弯曲变形所引起的非线性测量误差,新增参考光路以补偿光源功率波动对测量的影响.在0～38kPa压力范围内实现了单值测量,相对灵敏度达到0.7%/kPa.实验与理论分析结果一致,具有很好的测量重复性.提出的多波长和多传感融合的测量方法,可用于扩大测量范围,提高灵敏度.

基于F-P干涉的膜片式光纤压力传感器的设计

本文设计了一种基于Fabry-Pérot(F-P)干涉的膜片式光纤传感器及其压力信号测量方案。基于光学干涉理论对该F-P腔的反射信号进行计算与分析,得出在不同端面反射率下,该F-P腔的反射信号与干涉腔腔长的对应关系。该F-P腔选用弹性金属膜作为外参量的感应面,通过金属膜片的形变来调整F-P干涉腔的腔长参数,调整了光纤F-P干涉式传感器的构建方式,使得干涉腔的移动臂具有更高的外参量感应性能,提升了干涉腔的压力测试灵敏度。

基于L型轮辐结构膜片的窄频光纤F-P声波传感器研究

光纤声传感器被广泛应用在工业、医疗等领域。为了提高光纤F-P声传感器的性能,本文提出了一种L型轮辐结构的F-P传感膜片。膜片的厚度为15μm、梁宽度为0.5 mm、中心膜片的半径为1 mm。膜片由激光加工技术在304不锈钢上刻蚀而成。实验对1000 Hz下的传感器灵敏度进行研究,将传感器应用于光声池共振频率为1600 Hz的光声光谱气体检测系统中,并实现对50~100×10^(-6)的乙炔(C_(2)H_(2))气体浓度测量。实验结果表明,该传感器在1000 Hz下的声压灵敏度为25.4 nm/Pa,传感器可实现的最小可探测声压(MDP)为38.2μPa/Hz^(1/2)@1 kHz,声压信噪比为76.8 dB。实验所得到的光声光谱二次谐波信号的峰值与乙炔浓度呈现良好的线性关系,乙炔浓度的响应度为1.8 pm/10^(-6)。该传感器在光声光谱等单频声信号检测领域具有广泛的应用前景。

白光干涉型F-P光纤传感器结构参数研究

在腔长的允许变化范围内,根据被测结构所承受的最大正负应变确定出白光干涉型F-P光纤传感器的初始腔长,又根据灵敏度和初始腔长与标距的关系,分别确定出温度和应变传感器的标距,并根据标距、灵敏度、测试量程三者之间的关系,得出结论:标距越大则灵敏度越高,测试量程越小,反之亦然。为了验证理论分析结果,采用标距分别为6mm、8mm、10mm的应变传感器进行实验,实验结果和理论分析基本吻合。

一种基于白光干涉的新型F-P光纤应变传感器的设计

论述了基于白光干涉的F P型光纤应变传感器设计及应变信号检测系统的设计。本系统克服了用激光做光源难以得到干涉条纹,且不易检测的缺点。可以得到绝对应变,系统检测精度可以达到0.1με,具有较高的精度。

用于高压测量的MEMS硅-玻光纤FP压力传感器

研究了一种基于微机电系统(MEMS)技术用于高压测量的硅-玻光纤法布里-珀罗(FP)压力传感器。该传感器以硅材料作为敏感元件,将电感耦合等离子体(ICP)干法刻蚀后的单晶硅膜片和高硼硅玻璃阳极键合构成FP腔。传感头使用MEMS技术批量制造,结构稳定、抗过载能力强、在高压环境下不容易失效。实验结果表明,该传感器能够实现30 MPa的高压压力测量,灵敏度为46.94 nm/MPa,线性拟合度为0.99897,测量结果具有较好的一致性和可靠性,所设计的压力传感器在高压检测方面有很强的应用前景。

激光加工硅片的膜片式法—珀干涉型光纤压力传感器

分析了多个反射面对单法—珀腔传感器光谱法解调的影响。为降低不参与形成法—珀腔的反射面的反射率以消除这一影响,利用Nd∶YAG激光加工系统在两面抛光硅片中的一面进行了表面纹理化处理。将经激光切割下的已表面纹理化的圆形硅片粘贴在中空玻璃毛细管一端,最后插入单模光纤并封装成非本征(EFPI)光纤法—珀干涉型压力传感器。进行了静态气压测试实验,结果表明:在40～240kPa气压范围内,传感器压力灵敏度为11.9 nm/kPa,线性度为1.51%。

Fabry-Perot干涉腔型光纤压力传感器

一、引言随着现代工业与科学技术的发展,对压力的测量提出了越来越高的要求。现已制成了各种类型的压力传感器。而具有不怕电磁干扰,可用于易爆场合等一系列优点的光纤压力传感器,则受到了人们的日益重视。压力传感器一般多为令待测压力作用在能发生弹性形变的弹性体上,由测定弹性体的形变来确定压力。这种形变一般表现为微位移。显然,测量微位移的有效方法是应用光学干扰仪。我们在参考Elric W.Saaski 等人工作的基础上,根据现有条件研究了透射式Fabry-Perot 干涉腔型的光纤压力传感器。

一种基于激光自混合干涉的光纤压力传感器

文中理论和实验研究了一种基于激光自混和干涉技术的光纤压力传感器,阐述了其设计理论和实现方法,建立了光纤压力传感器模型,实验研究了应力与激光自混和干涉输出的对应关系;实验结果表明所设计的光纤压力传感器的原理是正确和可行的。

F-P腔式光纤MEMS压力传感器的设计

提出了一种新型结构的法布里-珀罗(F-P)腔光纤压力传感器。该传感器基于法布里-珀罗多光束干涉,利用压力敏感膜的纵向挠度变化带动位移柱的横向位移运动来改变F-P腔的腔长变化。详细阐述了传感器新结构的设计方法及其工作原理,分析了不同参数对传感器性能的影响。采用ANSYS软件仿真模拟了传感器压力敏感膜在压力作用下的挠度变化。结合现有的MEMS工艺,可制作出工艺简单、温度系数低、灵敏度高,且抗电磁干扰的MEMS光纤压力传感器。

基于白光干涉的应变式F-P光纤传感器的研究

对基于白光干涉理论的F-P光纤传感器的主要结构参数和测试理论进行了分析,并对F-P光纤传感器进行了性能测试。从理论和实验两方面证明F-P光纤传感器粘贴到简支实验梁上具有较好的传感性能,对于桥梁等关键受力构件的监测具有一定的研究价值,同时具有一定的应用前景。

基于MOEMS敏感结构的非本征F-P干涉仪式光纤声压传感器

随着声学探测技术的不断进步,对声压传感器提出了高精度、小型化、抗电磁干扰能力强和易批量生产等要求。研制了基于微光电子机械系统(MOEMS)敏感结构的非本征Fabry-Perot(F-P)干涉仪式光纤声压传感器。利用圆片级集成技术实现MOEMS敏感结构与光学腔室的高精度对准,大大提高了传感器的一致性。声压传感器的声学性能测试结果表明,其具有高灵敏度和良好的线性响应度,信噪比达到78.3 dB,实现了对声压信号的优良响应。此外,该传感器既具有光纤传感技术精度高和抗电磁干扰能力强等优点,又具备了微电子机械系统(MEMS)体积小和易批量生产的优势。

CO2激光熔融毛细管端面制备的光纤F-P压力传感器

提出了一种利用CO2激光熔融毛细管端面来制备光纤法布里-珀罗(F-P)压力传感器的方法。F-P结构由普通单模光纤和基于CO2激光熔融毛细管端面制备的硅薄膜组成。文章详细说明了硅薄膜的制造工艺和熔融参数,并对光纤F-P压力传感器进行了性能测试。实验结果表明:制备的光纤F-P压力传感器对气压具有良好的灵敏度和线性度,灵敏度可达到16.37pm/kPa,线性度为0.998。该光纤F-P压力传感器结构紧凑,易于生产,具有在极端恶劣环境下的应用潜力。

基于F-P腔的光纤MEMS压力传感器

为了满足航天、工业等领域对微型压力传感器的需求,提出了一种基于非本征型法布里-珀罗腔的光纤MEMS压力传感器。该传感器的传感头由硅片、Pyrex7740玻璃经阳极键合制作而成,传感头与光纤准直器采用紫外胶粘合。法布里-珀罗腔的长度随加载压力的增大呈线性减小趋势,从而引起干涉光谱的变化,采用白光干涉解调方法获得法布里-珀罗腔的长度。实验测试结果表明该传感器在0～1 MPa测量范围内压力-腔长灵敏度为5. 14μm/MPa,线性度达到0. 999;在传感器使用范围0～80℃内,温度灵敏度为2. 6 nm/℃。

一种基于光纤F-P腔的石墨烯谐振式压力传感器

谐振式传感器具有良好的重复性、分辨率和稳定性,全光纤谐振式微型传感器则集合了微纳结构与光纤传感特性两者的优点。石墨烯作为近年来发现的一种新型材料,具有良好的热学和力学特性,可以作为谐振式传感器中的敏感元件。本文提出了一种基于光纤F-P结构的石墨烯谐振式压力传感器,其兼具微机械传感器和光纤谐振器的优点,具有较高的谐振频率,在测量压力的实验中展现出良好的性能,压力灵敏度最高可达2.93 Hz/Pa,具有重要的应用价值。

F-P干涉仪构成的光纤位移传感器

设计了一款基于光纤法布里-珀罗(F-P)干涉仪型的位移传感器。首先将单模光纤和无芯光纤拼接在一起,把无芯光纤的末端切成平面,然后把该结构固定在精密位移平台上,最后在无芯光纤末端位置处垂直放置一面全反镜,构成一个复合的F-P干涉仪。实验中,调节精密位移平台上的千分尺来改变无芯光纤与平面镜镜面的距离,从而改变F-P干涉仪的腔长。实验结果表明,干涉仪的反射谱谐振峰中心波长随位移变化发生线性漂移,通过考察中心波长漂移量实现位移量的精确测量。实验获得传感器最大位移灵敏度为-80.95 pm/μm,测量最大位移量为160μm。设计的光纤位移传感器结构简单,易制作及灵敏度高,在航空航天、海底探测等精度要求较高的微位移测量场合具有一定的应用前景。

具有复合式法珀腔的光纤压力传感器的解调

对由三个反射面构成的复合式法珀腔的光纤法珀压力传感器进行了输出光谱理论分析,提取了含有传感器腔长信息的包络.提出了基于干涉级次拟合的解调算法,仿真分析了传感法珀腔腔长范围为160～215μm的光谱信号.结果显示,在不同信噪比下,基于干涉级次拟合的算法可获得较好的测量准确度,同一信噪比下,该准确度不依赖腔长变化,也不依赖光谱解调波长分辨率变化.实验结果表明,基于干涉级次拟合结果曲线残差的均方根差为0.012μm,验证了该算法的有效性.

微纳光纤高温压力传感器

提出了一种基于飞秒激光加工技术制作的微纳光纤高温压力传感器。用飞秒激光在光纤端面加工出法珀腔,制作出的全光纤法珀干涉型压力传感器,从室温到1100℃范围进行了压力温度试验。在不同温度下,压力传感器都有良好的线性输出特性,短时间工作温度超过1100℃,能够满足高温环境下压力测量的需求。

F-P光纤传感器的损耗特性分析及其研制

对反射型非本征F-P干涉型(Extrinsic Fabry-Perot Interferometer,EFPI)光纤传感器的损耗特性进行了分析,表明当腔长小于100μm时,随着腔的变长光能量耦合损耗迅速增加;在考虑腔损耗的情况下,分析了如何合理选择两反射面的反射率以使输出光强的对比度达到最大;通过分析在制作F-P腔的过程中影响腔长变化的原因,总结出了一个可以准确控制和调整腔长的方法;依以上规则制作了F-P光纤传感器,并进行了实验验证。

光纤法布里-珀罗干涉仪高温传感器研究进展

光纤法布里-珀罗干涉仪高温传感器具有体积小、制作简单、灵敏度高、耐高温和抗电磁干扰等优点,广泛应用于航空航天、能源工业及环境监测等领域。本文首先介绍了光纤法布里-珀罗干涉仪高温传感器的传感原理、传感性能、传感特性和制备方法。然后对其温度、压力和应变的灵敏度和测量范围等特征参数进行了归纳。总结了光纤法布里-珀罗干涉仪高温传感器的国内外研究进展及性能参数。介绍了光纤法布里-珀罗干涉仪传感器温度和压力的交叉敏感问题及解决方法和基于不同种类光纤的法布里-珀罗干涉仪高温传感特性。针对近几年光纤法布里-珀罗干涉仪高温传感器的研究进展,介绍了多种用于双参数测量的光纤法布里-珀罗干涉仪高温传感器。最后对光纤法布里-珀罗干涉仪高温传感器的未来发展趋势和前景进行了展望。