测量光纤外腔Fabry-Perot干涉仪的白光干涉术

提出了一种基于白光干涉术测量低锐度光纤外腔Fabry-Perot干涉仪(EFPI)的方法·用宽带光源注入F-P腔,在接收端用一高锐度的可调谐光纤F-P滤波器对EFPI的反射光谱进行扫描,获得了周期性变化的光谱输出·为了测量出EFPI的腔长,对光谱信号进行傅里叶变换,得到光谱的周期,由此求出EFPI的绝对腔长·证明了用低锐度EFPI的测量准确度由腔长决定·F-P腔越长,测量准确度越高·在腔长分别是200μm,400μm和600μm时,测量的腔长与实际腔长相同·

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。

基于非本征型Fabry-Perot干涉仪的膜片式光纤麦克风

传统声波传感器的有源性严重制约了其在强电磁场干扰、易燃易爆等特殊复杂环境中的应用,而光纤声传感器具有抗电磁干扰、体积小和灵敏度高等优点.提出了一种膜片式光纤麦克风,利用延展性较好的镍金属膜片作为传感薄膜,构成非本征型Fabry-Perot干涉仪.利用静态工作点方法对声音信号进行解调,测试其传感性能.实验结果表明:该光纤麦克风具有灵敏度高、信噪比大、线性度高以及低频响应平坦的特点.

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。

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。

光纤压力传感器测量的最小偏差腔长解调算法

在光纤传感技术领域应用基于法珀腔(外腔式法布里-珀罗干涉腔)结构的光纤压力传感器进行气体压力测量时,由于传感器结构决定了腔长动态范围相对较小,需要高分辨率的腔长测量方法。因此针对基于法珀腔结构的光纤压力传感器进行绝对腔长解调算法研究,提出一种高精度最小偏差腔长解调算法,通过将法珀腔光纤压力传感器密封在压力标准源中,对等间隔压力变化产生的不同腔长进行实时解调,实现了气体压力的实时测量。实验结果表明,法珀腔光纤压力传感器腔长值随压差变化呈现出良好的线性关系和重复性,腔长测量的重复性为±1 nm,精度为0.1496%,压力测量的重复性为0.12%,压力测量的精度优于0.5%。

一种改进的三波长EFPI小信号解调方法

针对非本征法布里-珀罗干涉型(EFPI)传感器采用对称三波长解调法检测小信号时可能存在的波形变差问题,提出一种针对小信号的改进的对称三波长解调方法。利用三角函数的小信号近似,得到简化的公式计算求出三路信号的相位差,解决EFPI干涉信号的衰落问题。仿真与实验结果表明,该方法在针对小信号解调方面比现有三波长法具有更高的算法稳定性与更小的误差,同时在低信噪比的场景下对波形具有更好的恢复效果。实验上分别用本文方法和现有方法对相同声波信号进行解调,本文方法解调的信噪比较现有方法高12 dB以上。

提高光纤F-P应变传感器输出信号质量的方法研究

光纤F P应变传感器输出信号质量的好坏直接影响解调精度 从光纤F P应变传感器的基本原理出发 ,针对光纤F P腔内损耗的问题 ,提出了用增加端面反射率的办法来弥补耦合损耗的影响 ;并通过理论分析、计算机仿真和实验对该问题进行了研究 实验表明 ,选用与F P腔固有的最佳反射率匹配的端面镀膜 ,对增加干涉图样的对比度 。

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 。

一种温度补偿式光纤氢气检测技术

基于非本征法布里-珀罗光纤传感检测技术,分析研究了氢敏薄膜特性,实现了氢气传感单元设计及制作,简要介绍了传感器结构、制作方法、镀膜工艺及设备。通过分析氢气浓度与法布里-珀罗腔长变化间的关系,建立了光纤法布里-珀罗氢气传感理论模型。为增强系统工程实用性,着重研究了传感器温度与氢气浓度交叉敏感问题,并利用温度补偿技术消除环境温度干扰。介绍了温度补偿原理并构建实验设备,最后通过氢气浓度响应实验及温度特性实验,证明理论公式推导结果与实验数据吻合较好,且氢气传感器温度敏感性降低。此设计具有一定工程实用价值。

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。

光纤复合型油气井下压力温度测量系统

针对目前广泛使用的电子式油气井下压力温度测量系统可靠性低、高温环境漂移大的不足 ,设计了一种基于非本征型F P干涉仪 (EFPI)和光纤布喇格光栅 (FBG)的复合型油气井下压力、温度测量系统 ,详细说明了其工作原理、传感器组成和信号解调方法 ,初步试验结果表明 ,该测量系统不仅克服了电子测量方式的不足 ,而且具有复用性好。

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.

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。

温度自补偿高灵敏度非本征光纤珐珀横向负载传感器

为了提高光纤EFPI传感器的灵敏度,提出了一种新型EFPI传感结构,并对其温度特性以及横向负载特性进行了研究。首先,介绍了采用端面镀钯金膜的光纤EFPI传感器的结构及其制作方法;接着,建立了镀钯金膜光纤EFPI的温度传感模型,并通过Solidworks、Hypermesh与有限元分析软件ANSYS联合仿真,对它在不同受压力下进行理论模拟,获得了腔长变化与压力之间的关系;最后,对传统的光纤EFPI与镀钯金膜光纤EFPI的温度和横向负载特性进行了对比试验。试验结果表明,镀钯金膜光纤EFPI的温度灵敏度为6.083pm/℃,具有温度自补偿特性;它对横向负载的检测灵敏度可达40.83m/g,相对于传统的光纤EFPI横向负载的灵敏度提高了2.10倍。实验结果与理论分析相符合,为实际制作具有温度自补偿的高灵敏度光纤EFPI传感器提供了理论与实验依据。

EFPI和光纤光栅传感器混合测量技术

研究了一种对外腔式F-P干涉型(EFPI)传感器和光纤光栅(FBG)传感器进行混合测量的技术。用窄线宽的扫描光注入EFPI或FBG,通过测量FBG的反射光波长和EFPI的反射光光谱完成在同一台仪器的不同通道实现了对FBG或EFPI的同时测量。还研究了在一根光纤上同时实现FBG和EFPI测量的技术,结果表明FBG串联在EFPI前面时,可准确测量出FBG的波长和EFPI的腔长。而EFPI串联在FBG前时,只能测量EFPI,而不能完成FBG的同时测量。

基于光纤智能夹层传感结构的应力测量研究

制作了一种模块化的光纤传感夹层,对夹层内的光纤传感器的应力特性进行了实验研究。分析了应变对传感系数的影响,对埋入到光纤智能夹层中的两种光纤传感器的输出特性进行了比较。实验结果表明:光纤Bragg光栅传感器的波长漂移与应变之间具有理想的线性关系,但应变灵敏度由1.2pm/με降至1.15pm/με;由于制作工艺的局限,对于非本征F-P光纤传感器,当应变达到350με后,应变与载荷具有较好的线性响应。与非本征F-P光纤传感器相比,光纤Bragg光栅传感器是光纤智能夹层首选的应变传感器。将埋入了Bragg光栅传感器的智能夹层粘贴于某型飞机的翼-身连接构件内部进行监测,实验结果为光纤智能夹层应用于复合材料结构的应变监测提供了参考。

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。

环氧树脂封装的EFPI-FBG复合压力温度传感器

为了实现对液压管路中液压油的压力和温度检测,研制了一种EFPI-FBG复合压力温度传感器。对该传感器的压力特性以及温度特性进行研究。首先,介绍了以光纤F-P腔和光纤光栅为敏感元件,利用环氧树脂将EFPI-FBG复合结构经过封装保护构成压力温度传感器结构以及制作方法。接着,建立了压力温度传感模型,对传感器受力进行了理论分析,并使用Matlab和有限元软件分析传感器的压力灵敏度和温度灵敏度。最后对传感器进行压力和温度实验验证。实验结果表明,该传感器的压力灵敏度为2.83μm/MPa,温度灵敏度为1.97μm/℃,温度监测范围为10~80℃,应用于压力测量时的有效工作温度为20~65℃。此EFPI-FBG复合压力温度传感器具有良好的线性度,较小的回程误差,灵敏度高,抗震性能好,可用于液压管路中液压油的压力和温度测量。