基于光纤法珀干涉仪偏置点控制的高频振动位移测量方法

为了实现超声换能器辐射面的振动测量,本文研究了一种基于光纤法珀干涉仪偏置点控制的高频振动位移测量方法,具有抗环境干扰、精度高等优点.针对正交相位偏置点解调方法中偏置点不稳定的问题,提出并分析了一种采用压电陶瓷叠堆执行器调整腔长稳定偏置点的工作原理,并对高频振动位移测量系统的性能进行了实验测试.实验结果表明:通过反馈控制腔长可以实现法珀干涉仪相位偏置点的稳定;位移测量系统的位移分辨率高于0.229nm;测得位移和换能器的输入电压的非线性度小于3.41%.

非本征型光纤法珀干涉仪的微加工技术研究

本文分析了非本征型光纤法珀干涉仪的几种主要的制作工艺:手工制作、化学腐蚀和激光微加工。三种方法各有其特点,本文主要总结化学腐蚀和激光微加工这两种方法。

法珀干涉仪干涉级小数部分的误差计算

本文给出了法珀干涉仪中央条纹干涉级小数部分的误差计算。计算结果表明,从亮环图中第一个亮环和第七至第十个亮环的一个的直径求中央干涉级小数部分的误差较小。

用于大范围纳米测量的法布里-珀罗干涉仪

本文在中国计量科学研究院研制的差拍法－ 珀干涉仪基础上，分析了其测量范围过小的本质原因，提出扩大差拍法－ 珀干涉仪测量范围的方法———换模锁定法，将激光频率依次锁定于法－ 珀腔的各个干涉级次，从而突破了激光器调谐范围的限制，拓深了该系统实现大范围纳米测量的能力。实验结果表明，在目前的实验条件下，换模锁定法的采用使该干涉仪的测量范围从原来的０１８ μｍ 左右扩大为１１ μｍ 。本文对实验结果进行了误差分析。

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%。

非本征法珀干涉传感器的双参量同时传感研究

光纤传感器对静态绝对量和动态相对量同时测量在很多场合都有应用需求，这就要求传感系统兼具大动态范围和高精度的特点。采用基于快速光谱获取的白光非本征法珀干涉（EFPI）传感系统，可满足静态信号大动态范围和绝对测量需求，同时可快速响应动态信号。将zoom-FFT算法用于传感器的腔长解调，提高了信号的解调精度，实验测得精度达4nm。由于zoom—FFT法运算量小，在算法上可满足动态测量对解调速度的需求。在0～30cm深度内对传感器进行了标定，传感器对静压力的响应具有较好的线性特性，计算得到液位分辨率为0．13mm。利用液位信号和声信号频率的差别，实现了单传感器对液位深度和声信号的同时测量，验证了此系统在对静态绝对量和动态相对量同时传感方面具有应用潜力。

一种新型薄腔法-珀干涉测速系统研究

本文所关注的激光干涉测速技术主要用于测试在冲击波或爆轰波作用下各种材料样品的自由面速度随时间变化的过程,介绍了基于光学谐振腔的选频特性利用薄腔法-珀干涉仪直接测量高速飞片所引起的多普勒频移从而获得其速度信息的设想,并根据此设想构建薄腔法-珀干涉测速系统的技术路线。最后描述了利用该项测试技术实际测量金属箔电爆炸驱动的Kapton膜飞片速度的实验并对实验结果进行了分析。与其它激光测速装置相比,该干涉仪具有体积小、结构简单紧凑和成本低的特点。

基于Parylene膜的法-珀干涉型光纤超声水听器

针对高强度聚焦超声(HIFU)声场测量,提出并研究了一种基于Parylene膜的法-珀干涉型光纤水听器。采用真空气相沉积法在光纤的端面蒸镀Parylene膜构成光纤水听器的法-珀腔,分析了光纤水听器的传感原理和解调原理,建立了HIFU声场检测的实验系统。实验结果表明,基于Parylene膜的法-珀干涉型光纤水听器能准确传感超声信号,其输出与换能器驱动电压的非线性度小于0.01,且与聚偏氟乙烯(PVDF)针式水听器的测量结果基本一致。

大范围高分辨率法-珀干涉仪

法 珀干涉仪有较高的分辨率 ,但是由于受到激光器模间隔的限制 ,测量范围较小。介绍了使用换模锁定法对其进行扩展 ,实现了具有较大测量范围及纳米分辨率和测量精度的法 珀干涉仪 ,扩展了法

光纤法珀应变传感器系统的实验研究

讨论了光纤法珀应变传感器的基本原理及其传感系统构成 ,分析了它在实际工程应用中的特点 ,介绍了该系统的等强度梁标定实验及结果 ,并重点介绍了在芜湖长江大桥连续钢桁梁模型实验的测试中、该系统与电阻应变测量仪的对比实验 ,结果表明 ,光纤法珀应变传感器系统的测量精度优于 3 με、测量范围大于 60 0 με ,安装工艺与电阻应变片相同 。

高温光纤法珀压力传感器研究进展

光纤法珀压力传感器具有耐高温、体积小、质量轻、抗电磁干扰、本征安全等优势,在航空航天、石油电力、化工冶炼等领域具有广泛的应用前景。本文从工作原理、探头材料及制作、传感器封装3个方面对高温光纤法珀压力传感器的研究进行了分析总结,并在此基础上进行了展望。蓝宝石和碳化硅在超高温(1500~1600℃)环境下仍然具有优良的机械性能,是制备高温光纤法珀压力传感器的理想材料,研究方向将集中于探头元件集成技术以及传感器封装技术。

光纤法珀式SiC耐高温压力传感器的制造与测试

针对高温环境下压力参数的原位测试需求,基于碳化硅(SiC)材料优异的耐高温特性,研制了一种光纤法珀式全SiC结构耐高温压力传感器。采用超声振动铣磨的加工方法制备了表面粗糙度Ra约11.9 nm的SiC传感膜片。利用SiC晶片氢氟酸辅助直接键合技术,实现SiC传感膜片与SiC基板的高强度气密性键合。搭建了高温压力测试系统,对制备的SiC耐高温压力传感器样机进行了高温环境下的性能测试。结果表明,该传感器能够实现600℃高温环境下0~4 MPa范围内的压力测量;600℃下传感器的压力灵敏度达到104.42 nm/MPa,具有较高的线性度,R>0.99。

硅MEMS光纤法珀振动传感器的温度解耦分析

提出了一种应用于400℃环境下的硅微机电系统(MEMS)光纤法珀(F-P)高温振动传感器,并对该传感器进行了温度解耦分析和实验验证。通过MATLAB软件对传感器的法珀干涉光谱进行计算分析,利用MEMS技术设计并加工了传感器及温度集成单元,根据该温度集成单元设计了温度解耦算法。实验结果表明:传感器能在2~22 g_(n),20~400℃环境下工作,设计的温度解耦方法将振动测量误差降低到1.3167%。传感器及其温度解耦分析为高温振动测量领域提供了技术参考。

可调谐光纤法-珀腔的低温漂结构仿真设计

针对可调谐光纤法-珀(F-P)干涉仪腔长随温度漂移的问题,利用有限元分析软件设计了新型低温度漂移的F-P结构。首先根据F-P腔干涉原理建立了实验系统,测得原F-P干涉仪的温度—腔长变化曲线,与有限元建模仿真曲线对比验证了模型的准确性。然后在原有限元模型的基础上,利用复合材料设计了新型低温漂F-P干涉仪结构,通过低热膨胀系数的因瓦合金补偿了原结构中碳钢和压电陶瓷之间热膨胀系数的差异。结果证明,优化设计后的F-P干涉仪结构仅是原结构温度漂移的0.24%,达到了设计的目的。

基于FPGA控制与白光干涉技术的多通道光纤EFPI绝对腔长测量系统

介绍了一种基于光纤白光干涉测量技术和现场可编程门阵列的多通道高速外腔式法珀干涉型传感器解调系统。该系统由一个半导体光放大器和一个光纤法珀可调谐滤波器来制作一个高速波长扫描光纤激光器,通过对称三角波技术驱动可调谐法珀滤波器产生扫描频率为1 kHz的扫频光谱。用FPGA实现EFPI传感器的高速信号解调。该系统实现了4通道每个通道2 kHz的EFPI传感器高速解调。

一种基于梳状滤波器的固体腔厚度测量方法

针对密集波分复用(DWDM)技术中所使用的梳状滤波器,对固体腔研磨厚度指标要求极高Δν=200GHz,Δd≤13.37nm,本文提出运用法布里-珀罗干涉理论(Fabry-Perot),研究设计了一种针对固体腔厚度的现场检测方法。该方法根据被测元件等效为系统干涉腔的间接测量方法,以通过被测元件后的法珀相邻能量极值特性,作为检测厚度合格的判定依据,实现了对超窄带梳状滤波器组成元件——未镀膜层固体腔(SiO2)的高精度厚度检测。实验结果表明,该测量方法适用于对透光介质的厚度检测。

超窄带梳状滤波器固体腔的厚度测量方法研究

运用法布里-珀罗(Fabry-Perot)干涉技术,将被测元件等效成测量系统的干涉腔,采用相邻干涉极值的判定依据,实现了对固体腔型超窄带梳状滤波器组成元件——未镀膜层固体腔(熔融石英)的高精度厚度测量。该光学测量系统结构简单、温度稳定性好、成本低,完全可以实现以往需采用光谱分析仪才能完成的超精细测量。

多光束等倾干涉圆环的实验研究

根据多光束干涉理论，推导出等倾干涉圆环直径的计算公式，进一步得出相邻两等倾干涉圆环的直径的平方差是常数，结果与实验相符合。用 Ｆａｂｒｙ － Ｐｅｒｏｔ 干涉仪观察钠双线的等倾干涉圆环，操作比较复杂，难度较大，本文提出一种简捷的调节方法，所测的钠双线波长差值与标准值的误差很小。

基于环形反射面的全光纤法-珀干涉式折射率传感器

通过在单模光纤后依次熔接一段大芯径空芯光纤和一段小芯径空芯光纤,制作了一种由小芯径空芯光纤形成环形反射面的全光纤法-珀腔。由于这种环形反射面结构的中间通孔适合气体或低粘度液体进出,因此可将其应用于气体或低粘度液体的折射率测量。分析了这种结构形成光纤法-珀腔的机理,并实验研究了这种基于环形反射面的干涉式折射率传感器,得到了这种传感器用于折射率测量时的分辨率约为1.652×10-6。可以预见这种具有环形反射面的法-珀干涉式折射率传感器在有毒、易燃、易爆的气体以及低粘度液体的折射率或含量检测中具有极大的潜在应用价值。

法-珀干涉绝对距离测量中的声光移频器双通道配置方法

为在能量天平动圈位移测量中实现大范围纳米精度法-珀干涉绝对距离测量,提出了声光移频器双通道配置,实现了调谐范围为200 MHz的可调谐频差.通过分析声光移频器调制带宽与衍射效率的平衡与入射光束聚焦透镜的关系,确定透镜的最佳焦距范围;利用零级光斑分布特点准确定位入射光束,保证一级衍射光束质量.声光移频器在调制带宽内的实验单通道和双通道峰值衍射效率分别为79.54%,61.41%;声光移频器双通道配置输出的一级衍射光束与入射本征光束的拍频范围为440—640 MHz,是单通道调制带宽输出220—320 MHz的两倍,信噪比好.理论分析表明,声光移频器双通道配置方法实现的可调谐频差可测量腔长变化范围约为53 mm的折叠法-珀腔.