非本征法珀型超声传感器输出信号的特征

根据多光束干涉原理制备了非本征光纤法珀(FP)型传感器,用于测量在液体中传播的超声波,分析了传感器灵敏度和幅频特性的影响因素,研究了其输出信号的特征。用镀膜的石英膜、尾纤端面和空气腔形成FP干涉腔。建立了传感器参数确定的方法,对石英膜的幅频特性进行了理论分析和实验验证。最后,建立了非本征光纤FP超声测量系统,讨论和验证了不同工作点状态对系统输出信号特征的影响。实验结果表明,本文制备的非本征法珀型超声传感器可以进行液体中超声的测量;传感器的一阶谐振频率为140 kHz,灵敏度为0.005 nm/Pa。该传感器的输出信号特征决定于工作点状态及输入信号的调制深度,当工作点位于工作曲线的线性区中点时,输出信号的灵敏度最高;当过调制时,输出信号出现倍频,可以扩大测量范围。

用于液体介质中局放声测的非本征光纤法珀传感器

用膜片与光纤尾纤端面构成非本征光纤法珀传感器,测量液体介质中局部放电产生的声波,所组成系统具有全介质结构和抗电磁干扰能力。采用尾纤分别与石英膜和微电子机械系统(micro electronic mechanical systems,MEMS)工艺获得硅膜制成传感器,根据理论分析和计算机仿真结果建立确定传感器参数的方法。应用压电超声传感器与两种膜片的光纤传感器共同测量局放产生的声发射信号。实验结果表明,硅膜结构的非本征光纤法珀传感器最小可测放电量达到了150pC,实验同时验证了法珀腔长工作点对测量灵敏度的影响。

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。

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。

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。

基于COMSOL的非本征法珀光纤受力仿真分析

为了研究非本征光纤法珀传感器(EFPI)的压力应变,对非本征法珀光纤传感器进行了基于COMSOL的有限元仿真分析.结果表明:在光纤传感器的表面施加载荷时,不同腔长的非本征法珀光纤皆为中间部位受力最大,两侧逐渐变小;对比计算得出,腔长越短受力变化越大,灵敏度越高.此结论可为后续非本征法珀光纤传感器的制备及应变试验提供参考.

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 。

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。

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。

基于MEMS声敏结构的光纤声波传感器

基于微机电系统(Micro Electro Mechanical System,MEMS)工艺加工声波敏感结构,将声波敏感结构与光纤端面构成非本征型光纤法布里-珀罗干涉仪(Extrinsic Fabry-Perot Interferometer,EFPI)感知声波。研究了不同厚度和不同增敏环数的声压敏感薄膜结构对声波探测性能的差异,对比了信噪比测试结果。实验结果表明,针对400 nm和1000 nm厚度的声敏薄膜,在相同的测试条件下,前者的声敏结构位移更大、频率响应的信噪比更高。在相同薄膜厚度条件下,具有增敏结构的MEMS薄膜可以释放薄膜的初始应力,降低薄膜的刚性,相比无增敏结构的MEMS薄膜具有更高的灵敏度。

基于EFPI的数字配电网超声检测传感器

针对数字配电网设备存在的局部放电(partial discharge,PD)超声信号检测需求,研究并设计了一种基于非本征型法布里-珀罗干涉(extrinsic Fabry-Perot interferometric,EFPI)的超声波传感器,用于检测PD产生的超声波信号。通过仿真软件COMSOL模拟了不同膜片厚度以及膜片半径的光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)传感器的灵敏度和固有频率,选择了最佳的结构参数并制作了EFPI传感器。仿真结果表明,传感器的灵敏度可以达到106.6 nm/kPa,固有频率为234.85 kHz。当频率为30 kHz和40 kHz的超声波信号分别加到传感器上时,EFPI超声波传感器检测到的频率分别为29.97 kHz和39.92 kHz。实验结果表明,该传感器可以准确地检测高压模拟罐体中PD产生的超声波信号,且可检测最小放电量为53 pC,具有体积小、频响范围宽、检测灵敏度高的特点,有良好的应用前景。

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。

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。

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 。