光纤激光传感器结构发展综述

光纤激光传感技术是光纤传感技术中的重要组成部分。首先介绍了光纤激光传感技术的原理,然后分析了基于单一结构和双结构的10种光纤激光传感器的原理和特性,并对比了2种传感结构的应用情况和温度灵敏度,最后从解调方式、多参量测量以及提升检测范围等3个方面对光纤激光传感技术进行了总结和展望。

基于强度调制的光纤激光折射率传感器

提出了一种基于光纤布喇格光栅与多模凹锥光纤级联结构的低探测极限光纤激光折射率传感器。采用光纤环形激光器内腔调制技术,获得了稳定、高边模抑制比和窄半峰全宽的激光信号,量化研究了有源结构下凹锥直径与液体折射率变化间响应关系。当凹锥直径为30.53μm时,最大折射率灵敏度可达-128.636 dB/RIU。考虑3σ噪声条件,实际探测极限可达8.49×10-4RIU。该传感器具有输出稳定和低温度串扰的优点,在生化传感和环境监测等方面具有潜在的应用前景。

采用3×3耦合器的分布反馈式光纤激光传感器解调技术

为了实现分布反馈式光纤激光传感器(DFB FL)大动态范围、稳定解调,建立了基于3×3耦合器的迈克尔逊干涉仪解调系统。对该系统所采用的对称解调算法(NPS)和反正切解调算法进行了深入研究。首先,介绍了基于3×3耦合器解调算法的原理及耦合器不对称时的调校方法。接着,对干涉仪所需最小非平衡路径长度的选取与系统强度噪声、激光器频率噪声的关系进行了分析。最后,针对NPS算法与反正切算法最大可解调信号幅度进行了分析对比,并研究了微分器对对称解调方法解调范围的影响。实验结果表明:NPS算法动态范围高于反正切算法,微分器的幅频特性不理想会减小解调动态范围。在采样频率为125 k Hz、信号频率为1 k Hz、干涉仪非平衡路径为100 m时,NPS算法与反正切算法的动态范围分别达到96 d B和90 d B。用解调前调校的方法,基于3×3耦合的解调方法动态范围大,能够实现稳定解调,满足工程应用要求。

干涉法激光-光纤表面粗糙度传感器设计

根据光波的干涉原理 ,在分析了现有光纤表面粗糙度传感器某些缺陷的基础上 ,设计了新型干涉型激光 -光纤表面粗糙度传感器 ,为新型非接触式表面粗糙度测量提供了新方法。

基于腐蚀型多模光纤的光纤激光传感器

将一种新颖的基于腐蚀型多模光纤MMF级联的干涉型光纤传感器和光纤光栅传感器相结合,提出一种新的可以同时测量温度和液位的光纤传感器装置,并对其实验结果进行分析,光纤光栅和激光干涉仪作为激光光腔的滤波器,对应这两个滤波器,输出两个稳定波长,这两个波长对液位和温度有不同的反映特征。通过FBG输出的波长对液位不敏感,对温度的敏感性是0.012 3nm/℃。通过干涉仪输出的波长对液位敏感,并且灵敏度是0.229 4 nm/mm,它的温度敏感性是0.064 8 nm/℃。这样,根据不同的液位和温度的光谱响应,可以实现同时测量,该传感器与其他光纤传感器相比有不受检测范围限制,高分辨率和高灵敏度的优势。

基于双波长光纤激光传感器的窄带宽远程通信系统设计

提出运用基于偏振外差双波长光纤激光传感器的窄带宽远程通信系统。阐述光纤传感光波理论与光波频谱性质,根据光纤激光传感器工作前提条件,获知该条件可以影响激光信号光束输出质量及纵模特性,通过缩短光纤激光器谐振腔长度及高反射率光栅可得到单纵模性质的输出激光光束,并结合紫外光写制技术初步完成双光波光纤激光传感器通信系统传感元件设计。在窄带宽环境下以TCP网络协议为基础,利用RT-Thread嵌入式实时操作系统,按名称访问设备管理方式,运用应用程序通过设备对象提供的标准接口获取访问底层设备数据,结合Lw IP协议栈使传感器数据进入到缓存区域中,实现远程通信系统设计。实验证明运用系统能够有效提升通信传输敏感度。

高分辨率光纤激光振动传感器研究

提出并实现了一种高分辨率光纤激光振动传感器。通过在一段高增益有源光纤上写入光纤Bragg光栅(FBG),激光泵浦后形成光纤激光器,振动信号引起激光器的波长发生变化,采用偏振无关的非平衡Michelson干涉仪将激光波长变化转换为相位变化。干涉仪输出的信号经过光电转换后,使用采集卡转换为数字信号输入计算机,采用相位载波(PGC)解调技术,实现信号的高分辨率解调。试验结果显示:该传感器系统的最小可探测加速度在250 Hz时为200 ngn/Hz,解调结果与待测信号具有良好的线性关系。

基于光纤技术的叶端定时传感器

叶端定时测量是一种新型的在线实时测量叶片振动的有效方法 ,激光光纤叶端定时传感器是整个测试系统设计的关键 .该文研究了叶端定时测量方法 ,并对应用于高速旋转汽轮机叶片振动在线实时监测的光纤叶端定时传感器进行了设计研究和试验 ,研究了一个具有高分辨、大频宽和高信噪比的激光光纤传感器的设计方案 。

光纤激光水听器消偏振衰落技术研究

针对光纤激光传感器信号解调过程中干涉仪输出干涉条纹可见度受输入光偏振态变化和两臂单模光纤双折射效应的影响,介绍了一种简单的光纤干涉仪消除偏振衰落技术,通过在M ichelson光纤干涉仪上加2个法拉第旋转镜来提高输出条纹可见度。使用琼斯矩阵法对干涉仪系统进行理论计算,证明法拉第旋转镜旋转角度在理想的45°附近时能达到很好的消偏振衰落效果,并通过实验进行了有效的验证。

波长解调用偏振无关光纤干涉仪的研究

针对光纤激光传感器信号解调过程中,干涉仪输出干涉条纹可见度受输入光偏振态变化以及两臂单模光纤双折射效应的影响,介绍了一种简单的光纤干涉仪消除偏振衰落技术,通过在Michelson光纤干涉仪上加两个法拉第旋转镜来提高输出条纹可见度。使用琼斯矩阵法对干涉仪系统进行理论计算,证明法拉第旋转镜旋转角度在理想的45°附近时能达到很好的消偏振效果,并通过实验进行了有效地论证。

分布反馈光纤激光器应用技术研究进展

近年来,随着相干探测技术的飞速发展,单频激光器获得了极大的关注。其中,分布反馈光纤激光器同时具有本征单纵模和高度环境敏感的振弦结构的特点,在低噪声单频光源和光纤激光传感技术领域都有着重要的应用价值。以应用需求作为引领,对分布反馈光纤激光器在窄线宽光源和光纤激光传感器技术中的相关研究应用进行了综述,按照应用中对分布反馈光纤激光器的频响特性要求的不同,归纳总结了相关技术的研究进展,并对比了不同分布反馈光纤激光器频响处理手段的适用性,最后对分布反馈光纤激光器未来的应用前景进行了展望。

涡轮机叶片振动的非接触测量

在现代工业中广泛使用着各种类型的涡轮机械 ,它们叶片的振动强度是研制过程中最复杂和最重要的问题。因此准确地测量叶片实际振动的频率和振幅成为涡轮机械的一个重要研究领域。文中介绍了旋转叶片传统的测量技术 ,以及近几年来欧美国家正在研究的非接触式旋转叶片振动测量技术叶端定时测量技术。

基于3×3耦合器的光纤光栅激光传感系统波长解调方案的改进

采用3×3耦合器的光纤光栅激光传感系统(FBGLS)的波长解调结果依赖于3×3耦合器的物理特性,解调结果会因3×3耦合器三路输出的直流项、干涉条纹可见度和相位差参数的不稳定而发生一定程度的失真。理论推导给出了标定参数的方法并实现了计算机编程,能够在较大信号时实时给出标定结果,同时给出了相应的解调方案。计算机模拟发现采用上述方法消除了由3×3耦合器三路输出的参数不稳定带来的谐波,实验中解调结果的对比表明该方法带来一定程度的改善,和标准参考传感器测量结果有很高的相关性,此外基于该解调方案的光纤光栅激光传感系统具有较高的分辨率、动态范围和线性度。