一种基于外腔式法布里-珀罗干涉仪的光纤加速度计

研制了一种基于外腔式法布里-珀罗(F-P)干涉仪的光纤加速度计,理论分析了影响标度因数的结构参数,并利用有限元分析软件ANSYS对该结构进行仿真分析。F-P干涉仪由光纤端面和固定在弹性膜片上的反射镜组成,膜片上加工两圈花瓣状分布的弧形阵列。这种F-P干涉仪结构标度因数高、横向串扰小。经实验测定,该光纤加速度计标度因数为155.48 rad/g,与仿真分析结果基本吻合,交叉灵敏度仅为4.87×10^(-2) rad/g,分辨率为100mg,零位稳定性为125mg,提出了进一步提高性能的方法。

用于断层测量的温度补偿光纤外腔型法布里-珀罗位移传感器

针对光纤EFPI传感器通常尺寸很小,而断层尺寸相对较大,导致光纤EFPI传感器在待测断层处安装不便的情况,提出了一种可用于断层测量的光纤外腔型法布里-珀罗位移传感器。两根陶瓷插芯从陶瓷套管的两端插入构成EFPI结构,通过使用金属内管和金属外管,增大了光纤EFPI位移传感器的尺寸;并且金属外管的两端采用O型圈密封,因此该EFPI位移传感器能够防水防尘。为了消除温度对EFPI位移传感器的影响,两根金属内管采用了不同热膨胀系数的材料在结构上进行温度补偿。在温度连续变化的环境下,对腔长为718.39 m的EFPI位移传感器进行了测量。测量结果显示,经过温度补偿设计后,位移传感器的温度系数由0.14μm/℃下降到了-0.04μm/℃,并呈现过补偿。

光纤压力传感器测量的最小偏差腔长解调算法

在光纤传感技术领域应用基于法珀腔(外腔式法布里-珀罗干涉腔)结构的光纤压力传感器进行气体压力测量时,由于传感器结构决定了腔长动态范围相对较小,需要高分辨率的腔长测量方法。因此针对基于法珀腔结构的光纤压力传感器进行绝对腔长解调算法研究,提出一种高精度最小偏差腔长解调算法,通过将法珀腔光纤压力传感器密封在压力标准源中,对等间隔压力变化产生的不同腔长进行实时解调,实现了气体压力的实时测量。实验结果表明,法珀腔光纤压力传感器腔长值随压差变化呈现出良好的线性关系和重复性,腔长测量的重复性为±1 nm,精度为0.1496%,压力测量的重复性为0.12%,压力测量的精度优于0.5%。

光纤激光干涉测量技术在EFPI传感器信号解调中的研究进展

光纤激光干涉技术是外腔式法布里-珀罗干涉仪(EFPI)传感器动态信号解调的主要技术方案,具有测量灵敏度高、动态范围大、测量频率范围宽等优点。本文从外腔式法布里-珀罗干涉仪相对测量的基本原理出发,回顾了几种主流光纤激光干涉测量技术的解调原理、方法及优缺点,重点介绍了作者课题组提出的几种新型被动解调技术,着力解决现有解调仪仅能测量单一腔长的传感器、直流分量去除、腔长在变化甚至不知道等条件下的信号解调问题。

基于飞秒激光加工的微纳高温光纤振动传感器

报道了一种基于飞秒激光加工的微纳高温振动传感器。通过熔接形成单模光纤-空芯光纤-单模光纤的结构,利用单模光纤和空芯光纤在熔接面形成的菲涅尔反射,构成外腔式法布里-珀罗干涉仪(EFPI)。用飞秒激光烧蚀空芯光纤,形成悬臂梁结构。末端的单模光纤作为质量块,在受到振动时带动悬臂梁振动,使悬臂梁产生微弯,进而使EFPI腔长发生变化。实验结果表明,传感器的工作区域为20~300Hz,在100Hz时,0~3.01g范围内测得加速度分辨率为5×10-4 g,加速度响应灵敏度为129.6nm/g。传感器受温度影响小,腔长的温度交叉响应仅为0.225nm/℃,传感器可耐950℃高温冲击。

基于飞秒激光加工的无膜光纤气体压力传感器

设计了一种基于飞秒激光加工的无膜式光纤气体压力传感器。通过熔接形成了单模光纤-空心光纤-无芯光纤(NCF)结构,熔接结构中的两个熔接面作为反射面,构成一个低精细度的外腔式法布里-珀罗干涉仪(EFPI)。利用飞秒激光加工结构中的空心光纤部分,烧蚀出一个与外界环境连通的小孔。外界气体压力的变化引起EFPI腔中气体折射率发生变化,通过测量法布里-珀罗腔的光学腔长,得到对应的外界气体压力。实验结果表明,传感器在0~5MPa压力范围内的腔长-压力灵敏度为1.02μm/MPa,传感器的压力分辨率为2.4kPa。该压力传感器具有量程大、灵敏度高、分辨率高和线性度高等优点。