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。

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EFPI传感器的GIS局部放电模式识别研究

为了在复杂电磁环境中精准捕捉局部放电产生的微弱信号,设计了基于非本征法布里—帕罗干涉(EFPI)传感器的GIS局部放电模式识别方法。通过差分双波长光强强度比解调算法,粗解调EFPI传感器的腔长;利用复域相关算法,结合粗解调结果,精解调腔长,确定最终的EFPI传感器腔长,用于检测GIS设备的超声波信号;通过希尔伯特(Hilbert)变换GIS设备的超声波信号,得到Hilbert边际谱;利用2维—1维深度残差网络,提取Hilbert边际谱的特征,输出GIS局部放电模式识别结果。实验分析结果表明:该方法可有效确定EFPI传感器的腔长,采集GIS设备的超声波信号;得到GIS设备超声波信号的Hilbert边际谱;在复杂噪声环境下,该方法可精准识别GIS局部放电模式。

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。

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。

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%。

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。

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。

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。

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。

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 。

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。

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.

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。

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%。