实现微位移测量的非本征法布里-珀罗干涉型光纤传感器

从光纤耦合和多光束干涉的原理出发,建立了非本征型法布里_珀罗干涉仪光纤传感器的理论模型,得到了用光谱法进行绝对距离测量的公式。设计出了传感器探头的结构,并搭建了系统。用LED作为宽带光源所得到的反射光谱可用于实际样品的微位移测量。实验结果表明,该传感器理论模型的数值模拟结果与实验结果是一致的。对实验数据进行了误差分析,所得到的测量精度可达到1μm。

基于游标效应的增敏型光纤法布里-珀罗干涉仪温度传感器

本文介绍了一种高灵敏度光纤温度传感器.该传感器由一小段毛细管熔接于单模光纤和一段大模场光纤之间而构成串联的两个法布里-珀罗干涉仪.由于俩干涉仪具有相近的自由光谱区,因而它们的叠加光谱会产生游标效应.实验结果显示,利用游标效应解调,该传感器的温度灵敏度可从单一空气腔法布里-珀罗干涉仪的0.71 pm/℃提高到179.30 pm/℃.该传感器结构紧凑(<1 mm)且灵敏度高,具有良好的应用前景.

蓝宝石光纤空气隙非本征型法布里-珀罗高温传感器复用技术研究

本文提出了一种基于蓝宝石光纤的空气隙非本征型法布里-珀罗高温多点高温传感技术。将三只传感器串联起来制作并进行测试。实验结果表明,空气腔高温传感器具有非常高的温度灵敏度(>20nm/℃)和分辨率(<0.3℃)并且能够工作在1000℃的工作环境中。本文中的复用蓝宝石传感器相对于传感的点点传感器的最主要的优势在于其可以应用于高温环境。

基于并联法布里-珀罗干涉仪的高灵敏度光纤气压传感器

本文提出并制备了一个基于游标效应的高灵敏度光纤气压传感器。该传感器包含两个并联的法布里-珀罗干涉仪(FPI),它们均由单模光纤和一小截毛细管熔接构成,分别作为传感腔和参考腔,且其中传感腔的侧面刻蚀微通道,以便于待测气体进入。俩干涉仪间较小的光程差导致传感器产生具有游标效应的叠加反射光谱,气压灵敏度得到极大的提高,达到~64 pm/kPa,该值是单一FPI的~16倍。另外,实验结果显示,该传感器对温度不敏感,从而减少了环境温度对气压测量结果的影响。结构结实、气压灵敏度高等优点,预示着该传感器在工业生产、气体检测等领域具有广阔的应用前景。

光纤法布里-珀罗腔液位传感器

为了实现电不进油罐的目的,提出一种基于光纤法布里-珀罗(F-P)腔干涉仪原理的光纤液位传感器,它根据不同的液体高度产生不同的压强的原理实现液位测量。传感器产生的信号经放大、光电转换后,由单片机将数据处理显示。实验结果表明:光纤F-P腔传感器测量液位方法简单,并且精度较高。

基于光学相关的光纤法布里-珀罗传感器解调仪

针对当前光纤法布里-珀罗(F-P)传感器解调仪存在的结构复杂和成本较高等问题,提出一种基于光学相关原理的新型解调方案.采用平板玻璃作为光学互相关器,利用平板玻璃与F-P腔的互相关关系解调出光纤F-P传感器的腔长.建立仿真模型对解调光路进行优化设计,搭建了结构简单的单模光纤F-P传感器解调仪,该仪器仅由宽谱光源、平板玻璃、线阵CCD、柱面镜和单模光纤搭建而成.实验结果表明,腔长解调分辨率达到0.72 nm.该解调仪在光纤测井、液位测量和结构健康监测等领域中的温度、压力和位移测量中有着广阔的应用前景.

端面腐蚀的双法布里-珀罗光纤温度传感器

针对环境测温,特别是在复杂环境中温度传感器的小体积、低成本、抗干扰以及高灵敏度的要求,提出了基于端面腐蚀的双法布里-珀罗光纤温度传感探头。以长为2cm的光子晶体光纤作为第一个F-P腔体,在它的一个端面熔接普通单模光纤,熔接面形成第一个反射镜面;然后,在它另一个端面熔接多模光纤,熔接面形成第二个反射镜面;最后,以多模光纤作为第二个F-P腔体,并用氢氟酸将其刻蚀成探针结构,同时在腔体末端形成了第三个反射镜面。以此复合结构作为传感探头,结合多光束干涉的传感原理,构造了双F-P结构的波长调制型传感器,并搭建了温度传感测试系统。测试结果表明:在28～81℃内,随着温度增加,该传感器的反射光谱波长逐渐红移,温度与波长偏移量的线性相关系数高达0.998 37;该传感器传感性能良好,灵敏度达64.6pm/℃。该传感器在复杂环境中对小范围温度测量具有潜在的应用价值。

超短腔光纤法布里-珀罗低温传感技术研究

针对低温大范围高灵敏温度测量需求,提出一种适用于低温环境测量的光纤法布里-珀罗腔温度传感器,并实验研究传感器的响应特性。超短空气腔法布里-珀罗温度传感器由外径0.3 mm的石英毛细管和单模光纤构成,利用高热膨胀系数的材料作为腔镜的一个反射面提高空气腔的温度灵敏度,理论分析了法布里-珀罗干涉仪的温度传感原理,以及温度灵敏度的影响因素,并分析不同级次对灵敏度的影响。研制了大自由谱低温高灵敏度传感器,实验结果表明,传感器在-40℃至-10℃的温度范围内具有较好的温度响应特性,相应的灵敏度为-2.066 nm/℃,线性拟合度为0.9697,理论分辨率为±0.0005℃。传感器具有体积小、灵敏度高和测量范围大等优点,在低温传感领域具有潜在的应用价值。

基于混合干涉结构的光纤温盐深传感器设计

提出了一种基于法布里-珀罗干涉仪(FPI)级联马赫-曾德干涉仪(MZI)的混合干涉型光纤温盐深传感器。利用两段单模光纤与二氧化硅(SiO_(2))毛细管制作了28μm的FPI微腔。FPI导出单模光纤依次与大芯径多模光纤、细芯光纤对准熔接,并在细芯光纤后错位熔接单模光纤,FPI导出单模-多模-细芯-错位熔接单模构成MZI。对传感器的温度、折射率及深度响应特性进行了理论分析和实验研究,通过监测反射谱和透射谱,选取不同的特征波长。实验结果表明:FPI对折射率变化不敏感,温度和深度灵敏度为0.578 nm/℃和1.297 2 nm/cm, MZI两个特征波谷对温度灵敏度分别为0.052 4 nm/℃和0.055 2 nm/℃,折射率灵敏度分别为-35.157 nm/RIU和-27.581 nm/RIU,对深度变化不敏感。该传感器具有制作简单、成本低廉等优点。

基于非本征光纤法布里-珀罗干涉仪的局放声发射传感器设计

采用耦合石英膜和光纤接头构成非本征法布里-珀罗干涉仪(EFPI)传感器,检测液-固复合绝缘电介质中的局部放电声发射信号。为解决目前EFPI传感器灵敏度低的问题,依据弹性力学原理和有限元分析方法确定EFPI膜片结构设计方法,并制作传感器样品。建立以分布式反馈(DFB)激光器为光源的EFPI正交强度解调系统。以绝缘油针-板电极局部放电为信号源,利用压电陶瓷(PZT)传感器与EFPI样品进行对比测试。结果表明,EFPI传感器局放检测灵敏度取决于传感器频响带宽和静压灵敏度,完善了EFPI膜片设计方法,获得局放检测灵敏度与PZT相近的EFPI传感器。

非本征型法布里珀罗干涉仪光纤布拉格光栅应变温度传感器及其应用

介绍了光纤布拉格光栅非本征型法布里珀罗干涉仪集成复用传感器的结构、应变和温度同时监测的原理 ;观察到光纤布拉格光栅反射谱和非本征型法布里珀罗干涉仪干涉谱间的串扰 ,用 3dB带宽平均波长法减小了该串扰 ,提高了测量精度 ;将该传感器应用于三维编织复合材料的应变及温度同时监测。实验结果表明温度精度为± 1℃ ,应变精度为± 2 0 μ 。

非本征光纤法布里-珀罗干涉传感器的温度特性

介绍了非本征光纤法布里-珀罗干涉传感器的结构及制作方法。通过Matlab仿真研究不同腔长及反射率对非本征光纤法布里-珀罗干涉传感器干涉谱的影响,建立了非本征光纤法布里-珀罗干涉传感器的温度传感模型。对不同腔长及不同反射率的非本征光纤法布里-珀罗干涉传感器进行温度对比实验。结果表明,短腔的非本征光纤法布里-珀罗干涉传感器的温度灵敏度高;镀钯金膜的非本征光纤法布里-珀罗干涉传感器可较好地避免温度对其干涉谱的影响,具有温度补偿的作用。

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。

通过改进非本征法布里-珀罗干涉型光纤传感器结构实现温度补偿的新方法（英文）

针对非本征法布里珀罗干涉型(EFPI)光纤传感器外毛细管热胀冷缩引起的温度敏感问题,提出了通过在毛细管内部反射光纤表面镀温度补偿膜(实验中使用铜膜)来降低温度影响的方法,并推导了相关的数学模型,进行了实验研究。实验结果证明了该温度补偿方法的有效性和可控性。实验中,铜膜的轴向长度和补偿系数表现出了良好的线性关系,1mm轴向长度的铜膜温度补偿系数达到了0.49nm/℃。

强度解调型光纤光栅法布里-珀罗干涉仪的应变传感灵敏度分析

根据强度解调型光纤光栅法布里-珀罗干涉仪(FBG-FPI)的应变传感原理,分析讨论了其光栅栅长、折射率调制深度、干涉仪腔长以及与换能器的结合方式等因素对传感器最大应变灵敏度的影响;同时对比分析了强度解调型FBG-FPI与单个光纤布拉格光栅(FBG)以及传统光纤法布里-珀罗干涉仪的应变传感灵敏度差异。结果表明,强度解调型FBG-FPI应变传感器的理论可探测最小应变量达10-12量级。利用FBG-FPI粘贴压电陶瓷(PZT)提供的微小周期性应变实验证明,强度解调型FBG-FPI应变传感器具有对微弱交变应变信号的探测能力,并且在进行非线性修正后,该应变传感器还具有良好的线性响应特性。

多光束干涉光纤FP探针脉动微压传感研究

本文提出一种面向脉动微压传感的多光束干涉光纤法布里-珀罗(FP)探针。建立探针多光束干涉波长漂移与微压传感模型,分析其在气、液相环境中微压灵敏度差异。采用化学腐蚀、放电熔接、精密切割技术制备光纤探针器件。利用医用注射器、透明柔性软管、石英插芯构建微压测试环境,通过有限元仿真分析测试环境内部压强分布情况,在气相环境压强范围14.41~85.22 kPa、液相环境压强范围4.50~26.02 kPa的测试条件下,对3支光纤探针微压传感特性进行分析。实验结果表明,气、液相环境中,探针波长均随压强增大发生红移现象,反之,发生蓝移现象;气相环境探针平均微压灵敏度可达8.210 pm·kPa,液相环境探针平均微压灵敏度可达66.720 pm·kPa,高于气相环境,与理论模型相符。选取气、液相环境中微压灵敏度最高的光纤探针进行液相脉动微压传感特性研究。实验结果表明,5个脉动周期内探针波长响应良好,且重复性误差较小。本文提出的光纤探针结构紧凑,易于制备,灵敏度高,可实现1 Hz频率范围内的脉动微压传感,为液相环境脉动微压传感提供了重要的参考价值。

短腔干涉式光纤微压传感器解调方法研究

为了提高短法珀腔干涉式微压传感器峰值解调法的精度,本文研究了基于法珀干涉的石墨烯光纤微压传感器的解调方法。利用FDTD Solutions光学仿真软件仿真模拟传感器的反射光谱,搭建了传感器测试系统。采用Savitzky-Golay卷积平滑滤波和洛伦兹局部拟合相结合的峰值解调法,并利用多峰解调法解调出腔长,分析压力和腔长的关系。实验结果表明:采用Savitzky-Golay卷积平滑滤波明显滤除噪声信号,洛伦兹拟合寻找波谷的精度优于高斯拟合寻找波谷的精度,在0~0.1 MPa范围,传感器灵敏度为73.766 nm/kPa。

高精度连续型光纤F-P腔液位传感器

提出一种基于光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)腔干涉仪原理的高精度连续型光纤液位传感器,它根据不同的液体高度产生不同的压强的原理实现液位测量。传感器通过MEMS技术和微光结构加工工艺研制,确保了传感器各项设计要求;系统采用双通道补偿光路以及双路输出比值为信号的处理方式,有效降低了环境因素的影响;利用低双折射单模光纤结合消偏技术,大幅减少了光路中“寄生干涉”和“偏振诱导信号衰落”对光纤F-P传感器测量精度的影响。实验表明,该传感器的灵敏度为0.8mV/mm,测量精度为<±2mm,分辨力为<±1mm,系列样品中最大量程可达30m,而且结构简单,安装方便。

高灵敏度游标增敏型光纤法布里-珀罗应变传感器

提出并制备一种游标增敏型光纤法布里-珀罗(法珀)应变传感器,实现高灵敏度应变测量。该传感器由两个单模光纤-空芯光纤-单模光纤结构的法布里-珀罗干涉仪(FPI)并联组成,分别作为传感腔和参考腔。保持传感腔不变,选择不同的参考腔,利用游标效应解调,追踪并联后反射谱包络的漂移,可实现不同的放大倍数。实验结果表明:在0~900με的应变范围内,单个传感腔的应变灵敏度为1.31 pm/με,并联之后传感器的应变灵敏度分别达到-11.50 pm/με和-12.76 pm/με,放大了8.70倍和9.74倍,传感器的应变灵敏度显著提升,同时,传感器具备制作简单、高灵敏度、易操作和低成本等特点,具有广阔的应用前景。

临近空间飞行高温真空光纤绝压传感器设计

研制了一种用于临近空间飞行器在高温环境下的蓝宝石非本征法布里-珀罗干涉仪(extrinsic Fabry-Perot interferometer,EFPI)型光纤绝对压力传感器。蓝宝石晶片压力传感头由3片厚度不同的蓝宝石晶片键合构成,形成复合法布里-珀罗(Fabry-Perot,FP)腔,可以同时测量温度和绝对压力,通过实时监测温度,对压力测量进行温度补偿,去除温度对压力测量的影响。实验结果表明:900℃内的每个温度点下,密封FP腔的光学腔长随压力线性变化;室温下,压力灵敏度为11.6 nm/kPa,压力灵敏度随温度的上升略微升高,压力测量的分辨率达到86 Pa。