基于非本征光纤F-P腔的低压传感器研究

介绍一种基于非本征F-P腔（extrinsic Fabry-Perot cavity）的干涉／强度调制型光纤低压传感器。给出低压传感探头的结构设计和测量原理。利用石英膜片对光纤EFPI压力传感头进行压力测量灵敏度放大；通过不同谱宽的两路光信号的自补偿运算，提高系统的稳定性和抗干扰性。该传感器在0～1．5×10^5Pa的压力测量量程内，压力变化最小分辨率达到50Pa，在连续15h的动态测量下，测量偏差为0．1％FS。

基于F-P原理的非本征型光纤爆炸动压传感器设计

设计了一种非本征型光纤法布里—珀罗(F—P)爆炸压力传感器,传感器采用膜片式结构,采用三波长法对F—P信号进行解调。压力加载试验表明,研制的F—P压力传感器线性度较好,具有较高的频响特性,在实际的爆炸测试中不受电磁干扰影响,可用于爆炸动压测量。

一种新型结构非本征F-P传感器全应变测量性能研究

光纤传感器作为一种新的测量信息传输方式,在航空发动机部件材料高温测量领域具有重要的应用价值。基于多光束干涉原理,制作一种新型结构的非本征光纤Fabry-Perot(F-P)传感器,探索其在航空发动机部件材料室温/高温环境静力拉伸试验过程中的变形测量性能。采用平板和圆棒两种形状的试样,在不同表面粗糙度和两种加载速率下,分别对比高级视频引伸计(AVE)进行室温、高温环境下静力拉伸试验。结果表明:新型结构的非本征光纤F-P传感器具有测量范围大,测量精度高,测量结果不受外界因素影响等优势,可实现航空发动机部件材料的超量程全应变测量;此外,在测量精度和设备体积方面明显优于AVE。

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。

光纤非本征法布里-玻罗传感器兰姆波检测灵敏度分析

基于兰姆波的结构工况检测技术在评估复合材料和金属结构的安全性和耐久性方面发挥着重要的作用。作为对传统的压电换能器(PZT)的一种很好的替代,光纤传感器在传感方面的应用正被广泛地挖掘出来,包括兰姆波检测。本文从理论上建立了超声兰姆波作用下光纤非本征法布里-玻罗(EFPI)传感器参数与其输出性能之间的关系。数值结果显示了传感器的性能与其相对于声源的方向角以及传感器的计量长度与超声波长的比值相关。所得出的结论对于EFPI传感器精确地探测兰姆波提供了理论依据。

非本征光纤法-珀传感器局部放电检测研究进展

电力设备局部放电检测一直是国内外学者的研究重点,局放超声信号由于具有抗干扰易定位等优点而成为近年来的研究热点。随着科技的发展,使用光学传感器检测局放超声信号成为一种新兴的技术方法。在众多的光学传感器中非本征光纤法布里-珀罗(EFPI)传感器由于具有体积小、灵敏度高和抗电磁干扰等优点而备受关注。首先,介绍了国内外关于EFPI传感器的研究现状;其次,对EFPI传感器的检测原理、膜片材料的基本性能及制备方法进行了细致的阐述,并分析了可用于外置耦合检测的传感器可行性和优化完善传感器灵敏度设计方法的意义;最后,对EFPI传感器在局放检测中的局放点定位研究进行了分析,总结了传感器在应用研究中遇到的问题及解决方法,并根据EFPI传感器的实际情况,对传感器未来的发展趋势和研究重点进行了展望。

非本征F-P传感器在瓦斯检测系统中的应用

详细介绍了非本征F-P光纤传感器的结构、特点和工作原理,阐述了非本征F-P光纤传感器在瓦斯检测系统中的应用。该传感器采用空芯光子晶体光纤作为载体,不受环境温度的影响,具有灵敏度高、抗干扰能力强、传输损耗小的特点,可显著提高瓦斯浓度检测的准确性和精度。

飞秒激光加工光子晶体光纤微型F-P传感器研究

利用飞秒激光脉冲在光子晶体光纤上熔切出微小矩形孔从而构成光纤法珀干涉腔,并对这种传感器进行了实验测试,在0～1500με的应变范围内,干涉条纹波长相对于应变的灵敏度为0.0036nm/με,线性度达0.9989.在-20℃～100℃其温度系数为0.958nm/℃.利用飞秒激光在光纤上加工F-P腔方法简单,能够实现光纤F-P腔的规模化批量制造.

一种光纤F-P声发射传感器的设计与实现

为克服压电陶瓷传感器易受电磁干扰、不能实现长期实时检测的缺点,提出了光纤非本征F-P结构测量声发射信号的思想.对光纤非本征F-P腔声发射测量原理进行分析,提出了双波长的稳定方法,并进行了结构参量的优化设计,确定了合适的反射比、波长及F-P腔长.理论分析和实验结果表明:所设计的非本征F-P光纤声发射传感器具有良好的敏感性和高分辨率.

应用LPFG/EFPI集成式光纤传感器实现温度及应变的同时测量

叙述了基于LPFG/EFPI的集成式光纤传感器的结构、温度和应变同时测量的原理及实验 ,首次制作了该传感器并测试了其性能 实验结果表明温度精度为± 0 .5℃ ,应变精度为± 2 0 με 。

白光干涉型EFPI光纤应变传感器理论模型的研究

从光纤的耦合和多光束干涉的原理出发 ,建立了非本征型Fabry Perot干涉仪光纤应变传感器的模型 ,并对其理论模型进行了详细地推导 ,得到了白光光源下干涉型EFPI光纤应变传感器的理论计算公式。建立了传感器系统 ,用LED作为白光光源得到反射光谱。实验结果表明与理论模型数值模拟相一致 ,验证了理论模型的正确性。

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%。

EFPI光纤传感器腔长解调方法研究

研究了非本征型法布里-珀罗干涉(EFPI)光纤传感器系统的传感原理和腔长解调方法,考虑到EFPI传感器的腔长解调精度会直接影响到传感系统的稳定性和测量精确性,提出了一种新的基于傅里叶变换的腔长解调方法。该方法利用傅里叶变换的频移性,有效地消除了快速傅里叶变换的栅栏效应,提高了傅里叶变换的精度。理论和实践证明,相比传统的快速傅里叶变换方法,这种利用傅里叶变换频移特性的方法的解调精度至少提高10倍。

EFPI光纤超声传感器及其潜在局放检测应用综述

电力设备的绝缘问题是导致电力设备故障和事故的主要原因之一,通过局部放电监测可以提前判断电力设备绝缘状况。目前已有多种针对局部放电的检测方法,其中光纤珐珀(Fabry-Perot,F-P)超声传感器具有抗电磁干扰能力强、绝缘性好、灵敏度高等优势,在超声检测方面得到了众多研究者的青睐。为此概述了几种常用的局部放电检测方法,介绍了光纤F-P腔的干涉原理以及光纤F-P超声传感器的工作机制,重点总结归纳了基于银膜片、聚合物膜片、石墨烯薄膜和硅膜片非本征光纤F-P超声传感器的性能制备方法,同时详细分析了光纤F-P超声传感器在模拟局部放电源的检测和定位中的优势。最后通过介绍微机电系统(micro-electro-mechanical systems,MEMS)技术在光纤F-P超声传感器中的应用现状,对基于MEMS技术的非本征光纤F-P超声传感器在局放检测中的应用前景进行了总结和展望。

微纳光纤Fabry-Perot超低温压力传感器研究

提出了一种用于超低温环境的微纳光纤非本征法布里-珀罗干涉仪压力传感器。单模光纤端面通过飞秒激光刻蚀出微孔,与无芯光纤熔接形成密闭的法珀腔。通过将无芯光纤切割、研磨等步骤,制作出微纳光纤压力传感器。利用飞秒激光微加工,可以加工出不同孔径的微孔及不同厚度的膜片,得到不同灵敏度及测量压力范围的压力传感器。实验结果表明,提出的传感器在-196℃、0~5 MPa的压力范围内表现出良好的线性度,压力升高和降低过程中腔长-压力灵敏度分别为110.33 nm/MPa和110.68 nm/MPa。该传感器能够满足超低温环境下的压力测量需求。

局部放电非本征法珀光纤传感检测技术述评

电工设备局部放电(partial discharge,PD)检测主要有脉冲电流法、射频(高频)法、暂态对地电压法、特高频法、化学检测法、光检测法和超声波法。其中,基于光纤传感技术的检测方法具有安全、绝缘和抗电磁干扰等优点,适合设计成预埋式或侵入式传感器安装在电工设备内部或外部壳体上,进行PD在线监测或带电检测,具有发展前景。文中首先对基于光纤传感技术的PD测量方法、原理参数和优缺点进行了概述,主要介绍了PD光纤非本征法珀(extrinsic Fabry-Perot interferometer,EFPI)超声波传感检测技术,详述了基于光纤EFPI传感检测PD超声波信号的技术原理、传感器性能试验和研究进展,分析了研制该光纤EFPI超声波传感器的关键参数和应用问题,并预期了其发展趋势。

用于中低压直流断路器检测的新型光纤传感器研究

随着光伏、风电等新能源发电的大规模投入运行,以及工业园区高比例直流接入的区域性直流配电网的需求,直流配电系统的应用越来越多,由于直流配电技术具备诸多优点,引起工业界与学术界越来越多的关注,对其核心设备低压直流断路器也提出更高的要求。为实现对中低压直流断路器灭弧室的检测,文章提出基于光纤非本征型法珀干涉传感器(Extrinsic Fabry-Pérot Interferometer,EFPI)的直流断路器检测技术,分析传感器的结构、灵敏度和中心频率,并进行试验验证。实验结果表明,所提光纤传感器可以用于中低压直流断路器的放电检测。

高灵敏度温度自校准型光纤磁场传感器

该文提出了一种具有温度补偿作用的高灵敏度光纤磁场传感器,利用波长解调技术研究传感器的磁场和温度响应特性、重复性、指向性及可逆性等。该传感器是由一段单模光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)和非本征法布里珀罗干涉腔(extrinsic Fabry-Pérot interferometer,EFPI)构成,其中,EFPI由多模光纤(multimode fiber,MMF)和单模光纤(single mode fiber,SMF)构成,并固定于铽镝铁(Terfenol-D)棒材的轴向微型槽内,微型槽通过激光微加工技术制得。Terfenol-D材料具有高效磁致伸缩性能,在外加磁场作用下易发生形变并改变EFPI腔长,通过监测干涉光谱漂移实现磁场的高灵敏度探测,同时利用FBG的温度敏感特性进行温度补偿,实现温度和磁场的同时测量。实验结果表明,在0~100 mT磁场范围内磁场灵敏度为1.2278 nm/mT,且具有良好的重复性和方向性;FBG和EFPI温度灵敏度分别为0.0082 nm/℃和2.6963 nm/℃,具有很好的稳定性。

非本征F-P干涉仪式光纤触觉传感器的研究

基于法布里-珀罗(F-P)干涉原理,设计制作了具有核磁共振成像(MRI)兼容能力的光纤非本征F-P干涉仪(EFPI)结构的触觉传感器。在整个光纤触觉传感系统中,利用螺旋微控装置对传感器施加力,通过光谱分析(OSA)测量干涉光谱,利用交叉相关解调技术解调出传感器腔长,同时由FS20系列力传感器进行标定。对传感器的性能指标进行了分析,本文传感器的测量范围为0～3N,测量分辨率为0.02nm,多次测量结果显示和理论的吻合度较高。

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 。