单布拉格光栅光纤压力温度双参量传感器的研究

光纤布拉格光栅(FBG)传感器采用普通悬臂梁对非温度物理量进行测量时,存在温度交叉敏感的问题.针对该问题,提出一种基于双厚度等腰三角形的双参量传感器悬臂梁结构,通过理论分析与仿真验证了该结构的可行性,并将单FBG光栅放置于该结构厚度变化交界位置构成双光栅传感.通过光纤传感理论推导和实验系统验证了温度、压力与FBG反射光谱的双波峰共模函数值、双波峰波长差之间的关系.实验结果表明该结构可以实现压力和温度的同时测量,通过双厚度等腰三角形悬臂梁传感结构可有效解决温度交叉敏感问题.

基于马赫-曾德干涉的全光纤双参量传感器

提出一种基于S形-错位结构的全光纤马赫-曾德干涉仪(MZI)双参量传感器。该传感结构是采用单模光纤在光纤熔接机中通过简单的放电和熔接等步骤制备而成。顺时针扭转时,传感器的传输光谱向短波长方向偏移;逆时针扭转,向长波长方向偏移。对传感器的实验研究结果表明,该传感器在光纤横截面上顺时针和逆时针两个旋转方向上的扭曲传感灵敏度分别为−223 pm/(rad·cm^(−1)),140 pm/(rad·cm^(−1)),且可实现扭转方向的判别,在一定应变范围内的应变灵敏度为0.145×10^(6) dB/ε(这里ε为应变),且温度交叉灵敏度极小,可忽略不计。因此,这种基于单模光纤的纤芯-包层MZI双参量传感器具有传感灵敏度高,体积小巧,工艺简单,成本低廉且可判别扭转方向的优点,有望成为众多双参量测量操作中良好的候选仪器之一。

一种新颖的光纤光栅应变与温度双参量传感器

提出了一种光纤微弯协助型光纤光栅(FBG)应变、温度双参量传感的新方案。通过特殊的传感器结构,FBG反射光的中心波长和光强受到应变与温度的调制,根据调制系数的不同,实现了应变与温度的同时测量。实验表明,本传感器有效解决了温度与应变的交叉敏感问题,而且线性响应度高(0.995),结构简单。

提高双参量光纤传感器精度的一种方法

分析了光纤传感器进行双参量测量时，系数矩阵的态性对待测量精度的影响，提出采用对系数矩阵进行预处理的方法，使得处理后的矩阵由病态变成良态。用这种方法对文献［４］和文献［５］给出的系数矩阵分别进行了处理。处理后，文献［４］系数矩阵的条件数从３４２降低到４，文献［５］系数矩阵的条件数从１６１降低到３，传感器输出不确定度降低了两个数量级。

双参量偏振调制光纤传感器输出信号的分离与线性化

分析了用一个传感头实现双参量测量的偏振调制光纤传感器的工作原理 ,表明该传感器能同时输出两路信号 ,其中一路利用泡克耳斯效应测电压或利用光弹效应测压力 ,另一路利用旋光效应测温度。但其输出的两个测量参量之间存在交叉敏感现象 ,并且其输出呈明显的非线性。因此提出一种基于人工神经网络的双参量偏振调制光纤传感器输出信号分离与线性化方法。以传感器输出作为输入样本 ,测量参量的实际值作为输出样本 ,通过训练使神经网络建立传感器输出与其实际感受的测量值之间的复杂非线性关系。计算机仿真与实验结果表明 ,该方法不仅能在较宽的测量范围内有效地分离两个测量参量 。