一种光纤布喇格光栅涡街流量传感器

在流量计量领域中,利用光纤传感技术对涡街流量计量的研究较少,故具有重要的研究意义。该文设计了一种悬臂梁式的光纤布喇格光栅涡街流量传感器,其利用悬臂梁自由端振动使光纤布喇格光栅中心波长发生周期性移位,从而测量涡街频率,得到流体流量信息。温度传感测试实验与流量传感测试实验结果表明,该传感器温度灵敏度为17 pm/℃,涡街流量灵敏度为0.01895 Hz/(L·h^(-1)),非线性误差为2.23%。实验验证了该传感器可应用于液体涡街流量计量。

毫米波多内导体布喇格结构电磁特性研究

基于多模耦合理论,利用三维电磁仿真软件CST对毫米波双内导体和三内导体布喇格结构电磁特性分别进行了比较研究。结果表明:双内导体布喇格结构相比同轴布喇格结构可以抑制竞争模式,反射率稳定并接近1,对称性结构电磁特性优于非对称性结构;随着内导体距离同轴轴心距离的增大,双内导体布喇格结构频率响应带宽变宽,且当内导体距离同轴轴心距离较远时,带宽变宽趋势明显,而反射率值趋于稳定;对于三内导体布喇格结构,随着内导体距离同轴轴心距离的增大,频率响应带宽变窄,且当内导体距离同轴轴心距离较近时,带宽变宽趋势明显。因此,可根据实际需要恰当选择毫米波多内导体布喇格结构参数,拓宽其作为反射器或者滤波器的性能,提高模式的选择性及模式的纯度,改善布喇格结构的性能。

光纤布喇格光栅应力增敏理论研究

提出了一种光纤布喇格光栅应力增敏的模型,推导了该模型的应力与光纤布喇格光栅中心波长相对偏移量之间的关系,以及增敏后的光纤布喇格光栅应力响应灵敏度系数的表达式,给出了该增敏模型的弹性模量计算公式,指出通过适当选择弹性体的弹性模量和尺寸,可以提高光纤布喇格光栅应力响应灵敏度。

表面焊接式光纤布喇格光栅应变传感器的疲劳性能研究

针对用于起重机械结构健康监测的光纤布喇格光栅(FBG)应变传感器疲劳性能未知问题,采用动态载荷与静态拉伸相结合的试验方法,对起重机械钢结构疲劳损伤监测中的3种封装形式FBG应变传感器开展了疲劳性能研究,分析了反映传感器性能的灵敏度系数、带宽、边摸抑制比、峰谷比、零点波长、动态应变分别随疲劳次数增加时的变化情况。试验结果表明:3种封装方式的FBG应变传感器疲劳前后,在加载、卸载相同载荷时,灵敏度系数相差最大不超过0.1 pm/με,带宽均值为0.19~0.23 nm,峰谷比和边摸抑制比随疲劳次数的增加变化趋势相同,零点波长变化最大值为0.31 nm,动态应变符合二次指数函数分布特征。

采用光纤布喇格光栅对的窄带光谱测试

利用光纤布喇格光栅的调谐特性,提出一个在光纤光栅调谐范围内对光纤光栅的布喇格波长、波长的漂移以及引起光纤光栅波长漂移的物理量进行检测的方案。采用悬臂梁结构,利用光纤布喇格光栅对的方法增大了光纤光栅的调谐范围。

高斯拟合提高光纤布喇格光栅波长检测精度

由于各种光噪声的影响,基于可调谐法布里-珀罗(F-P)滤波器的光栅解调仪解调精度不够高,光路噪声通常会带来10pm 量级的波长测量误差。为了提高布喇格波长检测精度,采用了在解调过程中对光纤光栅反射谱进行高斯拟合,从而消减噪声影响的方法。实验发现,拟合后中心波长的测量误差小于2.5pm,温度测量值与实际温度之间的标准方差为0.3℃。结果表明,在有害噪声信号不是非常大的情况下,该方法能有效提高波长检测精度。

纵向应力法制作双波长布喇格光栅

介绍了一种用一个均匀相位模板制作双波长布喇格光栅的方法;对这种方法制作的双波长布喇格光栅进行了理论分析,用矩阵分析法,对其进行了数值模拟。采用了移动曝光技术,通过调节所加应力的大小、光栅长度及曝光次数可以控制两个布喇格波长的间隔和反射率;写制了一个双波长光栅,两个透射峰均为19.5 dB,两个布喇格波长的间隔为0.78 nm。

光纤布喇格光栅中布喇格孤子传输的稳定性分析

布喇格孤子是光纤布喇格光栅的非线性效应和色散效应综合作用的结果,揭示了重要的物理现象,在基于光纤缓存器件中具有重要应用。从非线性耦合模方程出发给出了布喇格孤子的解析解,以它们作为初始条件,数值研究了布喇格孤子传输的稳定性,得到布喇格孤子传输的稳定传输区、多振荡模式区和散射区。数值模拟了布喇格孤子在多振荡模式区和散射区的传输变化。对于设计新型器件和开展实验工作提供了有益的指导。

布喇格光纤激光器的光纤温度分布特性研究

为了分析布喇格光纤激光器中光纤的温度分布特性,提出了布喇格光纤激光器中光纤的稳定热模型,通过热传输方程分析了其中的温度分布,并采用数值有限元法对布喇格光纤的温度分布和由此产生的热应力进行了数值研究,然后对热功率密度、光纤包层数和环境对流传热系数对光纤温度分布的影响进行了模拟计算。结果表明,表层温度远低于覆层材料的临界值300℃,而且纤芯和表面的温差大约10℃。研究结果有助于高功率布喇格光纤激光器的耐热设计。

基于法布里-珀罗标准具和多光栅校准的光纤布喇格光栅波长解调系统

为了消除由法布里-珀罗标准具的干涉峰偏移引起的光纤布喇格光栅波长解调误差,采用多参考光栅进行法布里-珀罗标准具波长校准,搭建了相应的光纤布喇格光栅解调平台.将待解调光栅、法布里-珀罗标准具和多个参考光栅分别接入采样通道,用多个参考光栅对法布里-珀罗标准具进行波长校准,得到准确度较高的标准具干涉峰波长,再以此波长计算待测光栅波长,降低了校准误差.实验结果表明,利用该方法搭建的光纤布喇格光栅解调系统校准的重复性误差小于1.6pm,波长解调误差低于1.8pm.

光纤布喇格光栅反射谱寻峰算法优化及比较

针对光纤布喇格光栅反射谱的特点,研究了强度阈值对五种典型寻峰算法的影响,明确了阈值优化对减小寻峰误差的重要性.对各算法分别进行阈值优化,从寻峰误差和运行效率两个方面对不同采样间隔条件下的寻峰算法进行比较分析.研究表明:各寻峰算法与强度阈值的关系不尽相同,阈值优化可有效减小各算法的寻峰误差,提高光纤布喇格光栅传感系统波长的分辨率和检测准确度;除质心探测法外,增大采样间隔并不能显著提高各算法的运行效率;高斯拟合法寻峰误差最小且最为稳定,适用于静态信号和低频动态信号的解调;质心探测法运行速度最快且误差相对较小,可用于中高频动态信号的解调.

光纤布喇格光栅的金属管封装与电调谐

本文用薄金属套管对光纤光栅进行了封装 ,并利用其进行了光纤布喇格光栅的电调谐实验 .这种调谐方法保持了光纤光栅体积小的优点 ,操作简便 ,可远距离实现 ,光纤光栅的波长变化与电流的平方或电功率成正比 .实验中用 3.2 A的电流获得了 3nm的波长调谐 ,调谐速率约为 0 .

导致光聚物全息存储布喇格偏移因素的研究

研究了光聚物高密度全息存储材料在全息记录过程中曝光量、曝光时间、厚度收缩比例、折射率调制度及记录角度等因素对布喇格偏移的影响规律 ,结果表明 :曝光量一定时 ,布喇格偏移与曝光时间的关系不大 ,当曝光量不一定时布喇格偏移随曝光时间增加缓慢增加最后达到饱和 ;而布喇格偏移随厚度收缩比例和折射率调制度的增加以接近正比例的关系增加 ;记录光栅的倾斜度越大则布喇格偏移也越大 .

光纤布喇格光栅温度传感特性的研究

对光纤布拉格光栅的温度传感特性进行了理论分析,并进行了试验验证,得到了利用通信光纤写入光纤光栅的温度传感灵敏度系数。为了提高光纤光栅的温度敏感特性,研究了管式环氧树脂封装光纤光栅的温度传感特性。研究结果表明:光纤光栅对温度非常敏感,具有很好的线性度;经过管式环氧树脂封装的光纤光栅明显地提高了温度敏感特性;用光纤光栅可以方便制作分布式温度传感器。

应用光纤布喇格光栅传感器监测地下管道腐蚀的新方法研究

地下管线工作环境恶劣,腐蚀是引起它破坏和失效的主要原因之一.本文提出了一种应用光纤光栅传感器监测管道腐蚀的新方法.输送石油和天然气等一些物质的管道内部存在的压力会使管道发生膨胀,进而导致管道外壁产生环向变形.假定管道为无限长,管道内部压力导致的管道外壁轴向应变可忽略不计,当管线发生腐蚀时,会导致管壁变薄,管道内部的压力又可以看作基本不变,这样就会增大管道外壁的环向应变.当管道内部压力保持恒定时,管道壁厚与应变之间存在一定的反比例关系,本文方法就是将封装好的光纤光栅传感器粘贴在管道外壁,通过监测外壁环向变形来判断管道腐蚀的情况和程度.通过理论值、模拟值和试验值三者的对比分析来说明了这种新方法是可行的,并且值得被广泛应用,为埋地管道的防灾减灾提供了一种对策.

基于光纤布喇格光栅传感器的精密位移测量

首先对光纤布喇格光栅传感的基本原理进行了分析,并给出了光纤光栅位移传感的基本公式.在此基础上,设计制作了一种光纤光栅位移传感器.采用光纤光栅作为传感元件,利用多波长计进行波长检测,对位移量进行了传感测量.实验中,传感器位移检测范围为0.6mm,其传感测量精度为±43nm,测量分辨率为1.5nm.实验结果具有良好的线性度.

光纤布喇格光栅器件应力疲劳评价理论研究

光纤布喇格光栅器件应力疲劳特性严重影响着光纤光栅应变传感器的长期可靠性,为了评估光纤光栅器件的应力疲劳特性,分析了光纤光栅应变传感器的封装结构对疲劳评价的影响,并以表面直接粘接的简化模型评估了光纤光栅器件的应力疲劳特性.从简化模型的基本力学与光学特性出发,提出以光谱特性的边模抑制比和带宽作为评价光纤光栅器件疲劳的指标体系,以传感特性的灵敏度、线性度和应变传递效率作为评价粘接层疲劳的指标体系.设计了基于等强度梁的光纤光栅器件加速疲劳实验,疲劳的应力幅度为500微应变,频率为18赫兹;1000万次疲劳实验后,三支光纤光栅的带宽平均增加2.07%,平均应变传递效率和平均灵敏度分别下降4.5%和3.9%,实验结果说明提出的指标体系能有效地区分粘接层和光纤光栅的疲劳,从而验证了该评价理论的可行性.

光纤布喇格光栅应变传感器结构优化研究

提出了一种改进的光纤光栅应变传感器结构,用有限元分析软件对其进行建模和静力仿真,得到其应力分布和光栅区域的应变情况.在整体宽度与厚度相等的情况下,此结构的灵敏度约为传统"工"字型结构的600倍.进一步分析了其关键区域的6个结构参量对应变灵敏度及量程的影响.筛选、设计并加工出不同尺寸的两种应变片,分别用UV胶与玻璃焊料对光栅进行封装,得到灵敏度分别为:249pm/N、330pm/N和1.1pm/N.比较分析表明,本文提供的分析方法与数据,可为不同工程应用场合的最优结构设计提供依据.

光纤布喇格光栅的理论分析

本文从耦合模理论出发推导了光纤布喇格光栅的最大反射系数和反射主峰带宽的表达式，以此为基础具体分析了相移光栅，导出了一些有重要意义的结果。

光聚物材料中布喇格偏移的动态分析

对光致聚合全息存储材料光化学反应过程和引起布喇格偏移的因素进行了分析,通过理论推导,得到了曝光时间与布喇格偏移量的关系·实验曲线表明,材料的布喇格偏移先是随着曝光量的增加而增加,最后达到饱和值·实验的结果与理论分析进行比较,两者符合较好,说明对于布喇格偏移随时间变化动态过程的分析比较合理·