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。

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。

用于断层测量的温度补偿光纤外腔型法布里-珀罗位移传感器

针对光纤EFPI传感器通常尺寸很小,而断层尺寸相对较大,导致光纤EFPI传感器在待测断层处安装不便的情况,提出了一种可用于断层测量的光纤外腔型法布里-珀罗位移传感器。两根陶瓷插芯从陶瓷套管的两端插入构成EFPI结构,通过使用金属内管和金属外管,增大了光纤EFPI位移传感器的尺寸;并且金属外管的两端采用O型圈密封,因此该EFPI位移传感器能够防水防尘。为了消除温度对EFPI位移传感器的影响,两根金属内管采用了不同热膨胀系数的材料在结构上进行温度补偿。在温度连续变化的环境下,对腔长为718.39 m的EFPI位移传感器进行了测量。测量结果显示,经过温度补偿设计后,位移传感器的温度系数由0.14μm/℃下降到了-0.04μm/℃,并呈现过补偿。

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。

基于共焦球面法布里-珀罗干涉仪的激光超声信号检测

从理论上对共焦球面法布里-珀罗干涉仪的自由谱宽、透射谱线半宽度和精细度等光学参数与共振腔长度及球面镜曲率半径的关系进行了分析。根据激光超声检测的特点和要求,设计制作了一台实验室用的共焦球面法布里-珀罗干涉仪。根据选择的干涉仪参数及其具体结构形式,获得了干涉仪的锯齿波扫描透射曲线的试验结果,成功实现了激光超声的非接触测量。

光纤法布里珀罗氢气检测技术

实现对密闭容器内的微量氢气进行快速准确的测量,对提高产品的贮存安全性有重要意义,为此开展了一种具有实用性的新型光纤传感器研究。介绍了基于溅射钯银合金膜的非本征法布里-珀罗光纤氢气传感器系统的工作原理,通过应力传递过程的分析,建立了法布里-珀罗腔腔长变化与氢浓度关系的数学模型,并推导出传感器灵敏度计算方法。实验通过在一定浓度下研究该传感器的氢响应特性,证实了该氢气检测方法的可行性,并且其理论模型与实验结果吻合较好。

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。

基于光纤法布里——珀罗干涉仪的温度传感器

提出了一种基于光纤法布里—珀罗(F-P)干涉仪的温度传感器,传感器的敏感部分是一段两端研磨为平面的单模光纤,它的一端与一根单模传光光纤相接以形成一个反射面,另一端与空气接触形成另一个反射面,这两个反射面与敏感部分光纤形成本征光纤F-P干涉仪(IFPI)。分析了该光纤温度传感器的温度响应特性,制作了传感器原理样机,搭建了测试平台,并对原理样机进行了测试。在25~30℃的范围内对传感器进行了标定,测得温度响应灵敏度为21.504·2πrad/℃,温度分辨率为0.046℃。实验结果表明:该传感器对温度有较好的线性响应和较高的灵敏度,且制作工艺简单,成本低,具有良好的应用前景。

基于简易非本征法-珀腔的大量程纳米位移传感器

微纳坐标测量机(micro/nano CMMs)上的接触式扫描探针可以产生振动信号,实现微米范围内的三维测量。基于白光低相干干涉原理,提出了一种简单的非本征法布里-珀罗干涉(EFPI)结构,用于一维非接触式位移测量。其传感结构包括光纤端面和镀金反射镜,二者互相平行形成EFPI结构。传感器使用目标表面和光纤探针之间的光程差(OPD)来计算位移大小。该传感系统可测量64.52~970.55μm的长度范围,分辨率为1 nm。提出了用互相关函数(CCF)算法作为位移解调方法,为三坐标测量机实现高分辨率、大范围、快速扫描测量提供了一种新方法,为非接触式多维形貌测量传感器的开发开辟了新途径。

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 。

用于强度解调型非本征法布里-珀罗腔光纤传感器的光电转换卡

利用双光路加参考臂的方法设计了运用于强度解调型非本征法布里-珀罗腔光纤传感器的新型光电转换卡,以有效地抑制或消除光源和光路中其他有源及无源器件的不稳定性对传感器精度和稳定性的负面影响。在26℃28℃的环境温度条件下,设计的光电转换卡短期不稳定性不大于0.0702%,测量精度好于0.1%。

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/℃。

非本征法布里-珀罗干涉型传感器非周期信号的相位解调方法

提出了一种恢复非本征法布里-珀罗干涉型(EFPI)传感器非周期动态信号的三波长正交相位补偿方法。利用三个干涉信号消除直流分量的影响,并通过相位补偿算法产生两个正交信号,用于解调出待测信号。在实验中对EFPI传感器加载一个非周期动态信号,使用三种不同的激光干涉测量技术对实验数据进行信号解调。结果表明,所提方法具有较高的解调精度,适用于高温环境下腔长变化的场合和非周期动态信号的测量。

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。

分布式本征型法布里-珀罗传感器的研究

本文介绍了一种单模-多模-单模结构的本征型法布里-珀罗传感器,通过对传感器中渐变型多模光纤的光场分布进行分析和仿真,实现了传感器腔长的优化设计,大大降低了插入损耗,增强了传感器复用能力.实验证明串联复用中的单个传感器的优化后的插入损耗从4 d B减少至0.83 d B,多个级联复用时损耗变化平缓,温度测试结果表明级联的12个传感器均具有较好的灵敏度和线性度.

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。

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%。

法布里干涉近红外光谱仪测定烟草品质成分

法布里干涉近红外光谱仪是近年新出现的一种基于微机电制造技术的近红外光谱仪,具有高性能、重量轻、体积小、无移动部件等特点,非常适用于现场、在线分析。本研究采用Axsun便携型近红外光谱仪采集了148个烟草样品的近红外光谱,分别针对烟碱、总糖、还原糖、总氮和蛋白质建立了定量校正模型。结果表明,烟碱、总糖、还原糖、总氮和蛋白质的模型维数分别为9、5、7、7和6,决定系数(R2)分别为99.18%、93.68%、89.10%、98.24%和87.87%,校正集均方根误差(RMSEC)分别为0.11、1.03、1.27、0.05和0.44,验证集均方根误差(RMSEV)分别为0.18、1.06、1.32、0.08和0.53,相对预测性能(RPD)分别为6.03、3.41、2.59、4.37和2.10,外部验证集均方根误差(RMSEP)分别为0.28、0.88、1.56、0.11和0.42。F检验结果表明,各模型校正集及其外部验证集的预测值和化学值具有极显著的相关关系。本研究表明,Axsun便携型近红外光谱仪可以保证烟草成分定量校正模型的精度,实现近红外光谱分析向样品现场检测、田间作物现场分析等方面的进一步推广。

基于法布里-珀罗干涉仪的脉冲激光谱型测量

脉冲激光谱型是大气风温探测激光雷达的重要参数之一,它的精确测量能够为激光雷达风温反演提供科学有效的数据。由于激光的重复频率通常为几十赫兹(重复周期为几十毫秒),而脉冲激光宽度仅为几纳秒,因此脉冲激光的线宽测量比连续激光困难得多。构造了一套基于法布里-珀罗干涉仪、窄脉冲信号门积分平均器、模数采样器等的脉冲激光谱型测量系统,并利用该系统完成了钠层风温激光雷达脉冲激光线宽的测量。利用该系统测量出该脉冲激光器的输出线宽约为123 MHz,与国外的测量结果120 MHz基本一致。该系统可搭载于激光雷达上用于实时监测激光谱型,能为确保测风激光雷达的精度和稳定性提供技术支撑。

聚合物微腔的探针型光纤法布里-珀罗干涉仪传感器

设计了一种在单模光纤末端涂覆聚二甲基硅氧烷（PDMS）形成聚合物微腔的探针型光纤法布里一珀罗干涉仪传感器（PFFPI），并对其折射率（RI）和温度传感特性进行了研究。其折射率和温度测量分别是基于消光比变化和波长漂移进行的，同时着重对这个器件的与众不同的折射率传感特性进行了理论分析，该理论分析可用于传感器的设计。传感器同时具有比较高的折射率灵敏度和温度灵敏度，在折射率为1．3625-1．4206的范围内折射率灵敏度为-180．359dB/RIU（RIU表示折射率单元），在温度为25℃～60℃的范围内温度灵敏度为355．28pm/℃。该传感器具有体积小巧和生物兼容性良好等优点，与传统光纤传感器相比其更具优势的应用就是生化活动的检测，如组织培养等。