光纤布拉格光栅

摘要： 为了实现超高分辨力的微位移测量,建立了基于光纤布拉格光栅传感的高灵敏度探针系统,研究了静态锁相放大技术,用于检测小于纳米量级的微位移信号。根据光纤布拉格光栅传感原理,设计了高灵敏度的双光栅自补偿解调系统结构。基于信号特征研究了静态锁相放大技术,用于实时检测处理微弱测量信号。最后,通过探针系统的性能测试实验可获得灵敏度和分辨力等参数。实验结果表明:探针系统在接触区域的微位移测量范围约为1μm,灵敏度为-15.33 mV/nm,短期噪声极差的均值为0.83 mV,标准差为0.32 mV,信号处理分辨力约为0.06 nm(60 pm),其标准差为0.02 nm(20 pm)。该系统采用光纤布拉格光栅传感技术达到了皮米量级的微位移信号处理分辨力,满足微纳测量系统的抗干扰性强、重复性好等要求,且系统成本较低。

摘要： 针对传统超声无损检测系统易受电磁干扰、使用场合受限等问题,在分析光纤布拉格光栅(FBG)基本传感原理和光纤布拉格光栅对超声波的传感特性的基础上,提出基于光纤布拉格光栅的超声无损检测系统。搭建了实验系统,利用信号发生器和功率放大器激励压电晶片产生超声波,并通过光纤布拉格光栅代替传统超声探头检测超声信号,采用结构简单、复用性好、检测效率高的透射式匹配光栅解调法实现光纤光栅波长信号的解调。对含有不同尺寸的狭缝缺陷的铝板试样进行检测,得到了超声波经过不同缺陷后的时域和频域信号,实验结果表明,该系统能够准确识别铝板中不同尺寸的缺陷,当铝板中有狭缝缺陷存在时,FBG探测到的超声信号的幅值会发生衰减,且缺陷尺寸越大,超声信号的幅值衰减越明显,验证了该系统的可行性。

摘要： 提出了一种在2050 nm波段的基于新型无源三环复合子腔的单纵模掺铥光纤激光器。对所提出的新型复合三环子腔滤波器进行了详细的理论分析,可以通过调整其有效自由光谱范围和透射带宽实现超窄带滤波,从而确保激光器的单纵模运行。所搭建激光器的输出波长为2048.48 nm,光信噪比为70 dB,100 min内的波长和功率波动分别小于0.02 nm和0.453 dB。实验结果表明,激光器可以工作在稳定的单纵模输出状态。该激光器有望用于自由空间光通信或用作多普勒激光雷达的高功率光纤激光器的种子源。

摘要： 设计了基于双光纤布拉格光栅(FBG)的高灵敏度应变光纤传感实验教学系统.两只具有不同反射中心波长(1546.209 nm和1541.713 nm)的FBG串联熔接后,分别黏贴于等强度悬臂梁的上表面与下表面.通过测量两只FBG的反射中心波长差值与等强度悬臂梁应变量的关系,实现对应变量的传感测量.仿真结果显示,双FBG应变传感的灵敏度为单FBG应变传感的2倍,且具有温度自补偿特性.实验结果验证了仿真分析的结论,测得双FBG应变传感的灵敏度为2.10 pm/με,且传感测量准确性不受环境温度变化影响.

摘要： 光纤布拉格光栅(FBG)是一种广泛应用于光纤通信和传感领域的关键器件,具有灵敏度高、体积小及抗电磁干扰等诸多优点,但长时间工作在高温环境下其光栅特性会逐渐衰退甚至完全擦除,极大地限制了FBG在工业生产、石油电力、航空航天等一些特殊领域的应用。通过高温退火处理有望使FBG在高温擦除后重新生长出能在高温环境下稳定工作的热重生FBG(RFBG)。因此,研究高温退火程式对RFBG性能的影响具有重要意义。基于248 nm准分子激光器,以相位掩模法制作得到反射光谱中心波长为1548.5 nm、反射率为97.8%、3 dB带宽为0.36 nm的初始FBG,再利用高温管式炉对初始FBG进行高温退火处理,发现FBG在950°C时实现热重生,得到反射光谱中心波长为1546.7 nm、反射率为50.6%、3 dB带宽为0.19 nm的RFBG;进一步研究发现,在950°C实现高温热重生后退火程式对RFBG性能有很大影响,对RFBG采用急速冷却、缓慢冷却和自然冷却以及氩气气氛下自然冷却4种方式进行退火处理并与初始光栅进行对比,结果发现采用急速冷却方式处理的RFBG机械性能最佳,其保留了初始光栅约50%的机械强度,优于缓慢冷却、自然冷却处理仅分别保留初始光栅22.2%和29.9%机械强度的RFBG,并发现在氩气中进行退火处理有利于RFBG机械强度的提升,同样是自然冷却,在氩气气氛中退火得到的RFBG保留了初始光栅43%的机械强度。进一步对采用急速冷却方式处理的RFBG进行热循环、热稳定性等测试。结果表明,RFBG在150~1050°C内三次加热循环结果完全重叠,温度灵敏度为16.30 pm·°C^(-1),温度灵敏度相关系数R^(2)为0.99538,且在800°C温度下进行热稳定性测试7 h,波长总漂移量仅为0.08 nm,表明所制备的RFBG具备良好的测温性能和稳定性。该研究工作为RFBG高温传感器的实用化和工程化应用提供了一定的理论与实验依据。

摘要： 光纤布拉格光栅(FBG)具有抗电磁干扰、耐腐蚀、体积小和成本低等优点,而飞秒激光制备的FBG更具有耐高温的独特优势。文章首先对飞秒激光刻写FBG的3种主流方法,包括飞秒激光相位掩模板法、飞秒激光直写法和飞秒激光全息干涉法进行了介绍,对比分析了各种制备方法的优缺点,其次着重对飞秒激光制备的FBG的温度、压力(应变)和折射率传感的原理及其应用进行了综述,最后指出了飞秒激光制备的FBG在河水、湖泊和海洋等领域环境监测中的应用前景。

摘要： 飞机装配是航空制造中相当重要的一个环节,其工作量大,装配周期长,在很大程度上决定了飞机的整体质量;针对在装配过程中,由于操作及工艺等方面的原因从而使得装配体产生局部应变影响飞机稳定工作的问题,提出了一种基于光纤布拉格光栅的飞机装配应变检测方法,对FBG进行封装标定,标定灵敏度为0.35 pm/με,拟合方程线性度高于0.99;将封装后的FBG布设于装配体关键部位,利用FBG解调系统得出其中心波长在装配过程中的变化;设计了一种基于集合经验模态分解与奇异谱分析的改进算法,对装配信号中的噪声与振动信号进行剥除,提取有效的应变信号,最终实现了飞机装配中局部应变的检测。

摘要： 光纤布拉格光栅(FBG)传感器被广泛应用于轨道车辆、机械装备等结构裂纹损伤监测,通过传统有限元方法获取结构裂纹损伤与光纤信号的作用机理需要大量的计算时间和计算成本,同时,基于单一特征值的裂纹定量监测模型往往难以应用于轨道车辆复杂的铝合金板状结构,为此,结合扩展有限元和支持向量回归方法提出一种新的孔边裂纹监测方法,以光纤布拉格光栅传感器为媒介,通过扩展有限元法模拟含孔结构在循环加载条件下的裂纹扩展过程,利用传输矩阵法重构FBG反射谱,揭示裂纹扩展时应变变化与FBG反射谱的作用机理,提取中心波长、展宽、波峰数、反射谱面积、损伤谱与健康谱的重合面积、分形维数、相关系数共7个损伤特征值,利用支持向量回归方法建立损伤特征值与裂纹长度之间的诊断模型,实现对裂纹长度的实时监测,并开展裂纹长度仿真分析与疲劳裂纹扩展试验。研究结果表明:融合多传感器的仿真分析裂纹长度预测平均相对误差绝对值为6.67%,试验监测裂纹长度平均相对误差绝对值为3.67%,验证了本方法的准确性与有效性。

摘要： 针对大型结构健康监测对于光纤光栅传感网络的复用容量和维护成本的较高要求,设计了一种蛛网形拓扑结构的传感网络。该结构网络利用波分复用来增加网络的复用容量,并优化了基于门控循环单元的模型来对重叠波长进行解调。设计的新型传感网络具有较高的网络可靠性和网络复用容量,截取蛛网形网络的部分结构进行实验,设计了四种故障情况进行对比,证明了蛛网形网络具有较高的可靠性。通过改进解调模型的网络结构增加模型识别精度,采用训练良好的模型对不同重叠程度光谱解调,在89.9%情况下其均方根小于1 pm,证明改进模型可有效地对重叠光谱进行解调,大大增加了网络的复用容量。设计的新型传感网络可有效地增加网络的可靠性和复用容量。

摘要： 针对三维力传感器维间耦合干扰严重的问题,以双层十字梁结构光纤布拉格光栅三维力传感器为研究对象,提出了基于麻雀搜索算法优化极限学习机(Sparrow Search Algorithm–Extreme Learning Machine,SSA-ELM)的解耦算法。首先,研究了光纤布拉格光栅的传感及测力原理,揭示该三维力传感器波长漂移量和力的映射关系,分析其结构耦合特性;然后,构建标定实验系统进行标定实验;最后,建立了极限学习机非线性解耦模型,利用麻雀搜索算法优化模型,获得网络最佳初始权值和阈值,兼顾解耦精度和效率,寻找极限学习机隐含层节点与SSA迭代次数的最优参数组合,解耦后Ⅰ类误差最大为1.18%,Ⅱ类误差最大为1.14%,解耦训练时间为1.7786 s。为验证解耦效果,将SSA-ELM算法与最小二乘法、极限学习机算法解耦结果对比。实验结果表明:SSA-ELM算法解耦训练速度较快,能更有效地构建三维力的维间耦合关系,降低传感器Ⅰ,Ⅱ类误差,具有较好的非线性解耦能力。

摘要： 基于相移法和微分相移法的传统色散校准方法无法满足梳状谱条件下的光纤布拉格光栅(FBG)型色散补偿模块的校准需求,提出了针对FBG型色散补偿模块的校准方法,将色散校准系统中的宽带光源用高波长分辨力、高输出功率的可调谐光源替代,通过波长的连续扫描实现窄波长范围的色散测试与量值溯源,并且借助可调谐光源的高功率和信噪比性能显著提高了色散测试的动态范围.

摘要： 随着人们对通信网传输容量和速度要求的进一步提高，全光通信成为下一代通信网络的发展趋势。而光群延迟调控是一种在全光通信网中实现光信号数据同步和光缓存的关键技术。本文运用理论模拟的方法研究了纤芯折射率、光栅周期、折射率调制度和光栅长度对均匀光纤布拉格光栅(FBG)的群延迟特性的影响.结果表明,随着纤芯折射率和光栅周期的增大,群延迟曲线向长波长方向偏移,且形状不变;可调延时范围随着FBG折射率调制度和光栅周期的增大而增大;布拉格波长与最大延迟处波长间光谱宽度随着折射率调制度的增大而增大,随着光栅长度增大而减小.这些规律为设计FBG慢光延迟调谐器件提供了理论参考.

摘要： 在纤维增强树脂基复合材料的固化过程中,由于纤维与树脂的热膨胀系数不匹配和树脂的固化体积收缩而产生的固化残余应变对组装设计和控制复合材料的性能至关重要.概述了有损和无损检测固化残余应变的方法;采用光纤布拉格光栅分别检测了快速和常规固化环氧树脂基复合材料的固化残余应变,并结合环氧树脂的流变性对其应变历史进行了分析研究.10层碳纤维单向布增强环氧树脂基复合材料的温度和应变历史表明,固化温度在80°C时,快速和常规固化复合材料第5层的固化反应放热峰值温度分别为133.7°C和106.3°C,快速和常规固化复合材料第5层的固化残余应变分别为-4074.7με和-2660.8με.

摘要： 结合长距离引水隧洞监测电缆引设较长、存在监测数据误差较大甚至无法传输等问题,阐述了光纤布拉格光栅(FBG)传感的原理,提出基于FBG传感器的引水隧洞监测设计方案,并在兰州市水源地彭家坪支线工程进行了实际应用.分析表明:监测项目齐全且可相互验证、监测断面选择有利于控制不良地质条件和隧洞进出口等重点部位、光缆引设断面内采用单芯单模铠装光缆,断面与现地监测站之间采用12芯主干光缆连接,主干光缆采用拱顶线架明走方式;传感器现场安装简单方便、可减少施工干扰,串联时应提前分配波长并熔接加长;施工期监测数据显示FBG传感器传输稳定、抗干扰能力强.本文的研究成果可为FBG技术在工程监测中的应用提供参考和借鉴.

摘要： 针对纤维增强复合材料钻削加工中分层、撕裂等缺陷产生的微观机理,采用光纤布拉格光栅(FBG)和应变片两种传感器,测量钻孔过程中复合材料钻孔周围表面的应变响应.传感器分为两组,分别粘贴于玻璃纤维增强复合材料(GFRP)样本表面的两处,进行两次独立钻削实验,测得钻孔入口侧和出口侧应变.实验结果表明:两种位置布置的传感器均能测量钻孔紧邻区域的应变响应,且能准确记录钻尖接触、钻尖钻入、钻尖触及底层、钻尖钻出和钻头钻出的钻孔全过程的关键时刻,并能反映出压应变与拉应变细节.结论为复合材料钻孔缺陷的实时监测及钻削工艺优化研究提供有效途径.

摘要： 微纳米测量技术是当前测量技术研究的前沿领域,研制具有纳米级测量精度的三维测头系统,解决精密零件、微电子电路、MEMS器件等领域的高精度三维坐标测量难题,具有十分重要的研究意义.本项目应用新型传感技术,完成光纤布拉格光栅(FBG)的新型触发式三维测头系统的研究,该光纤布拉格光栅三维触发式纳米测头的研制为开发纳米级三维测头系统开辟了一条新的途径,为纳米测头的实用化提供了理论和实践依据.

摘要： 本文阐述了光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Gratings,FBG)的温度测量原理,利用水浴法标定了FBG的温度系数,并和热电偶同时测量了一种钝感炸药在温控箱内的表面温度,实验结果显示FBG在测量水温、空气温度和炸药温度中的温度系数虽然略有不同,但其线性度不低于98.3％.本文研究结果证明FBG可以用于炸药的温度测量,对加快FBG在炸药监测中的应用具有推动作用.

摘要： 直升机旋翼桨叶在不同的飞行模式下其应力、应变呈现不同的规律,需要监测直升机在飞行过程中桨叶的应变场,进而实现对直升机健康状况的评估.本文采用单端固支铝合金结构来模拟直升机桨叶,利用光纤布拉格光栅(FBG)和电阻应变片构建分布式传感网络,结合三次B样条函数插值算法,对单端固支铝合金梁、板应变场进行重构.借助patranastran有限元仿真软件将单端固支铝合金板状结构划分为若干个有限元单元,根据仿真结果选择传感器布局方式.将仿真结果与重构所得结果进行比较,并通过相关实验验证了该方法的可行性.

摘要： 研究表明光纤Bragg光栅传感特性稳定,是理想的压力传感元件.但是必须对光纤布拉格光栅传感探头进行合理的设计,才能使其成为能满足工程实际要求的传感器.本文提出了一种新颖的光纤布拉格光栅压力传感器,它是利用光纤布拉格光栅(FBG)对应变的传感特性,将光纤布拉格光栅粘贴于C型压力弹簧管上的特定位置,通过光纤布拉格光栅反射波长的变化,来实现对压力的测量.该传感器灵敏度的实验值和理论值分别为0.671nm/MPa和0.791nm/MPa,且具有很好的线性度,迟滞很小,有一定的发展前景.

摘要： 光纤传感器复用技术是光纤静压油罐测量系统关键技术之一.在一根光纤上挂载多个传感器,既可以实现压力传感器与环境温度变化的同步补偿,又可以实现油罐静态质量、体积、液位等多参数的实时测量.本文论述了EFPI压力传感与FBG温度传感器复用技术原理与解调方法,选择了空分、频分、波分综合复用技术作为光纤静压油罐测量系统的复用技术.

摘要： 本发明涉及适用于制作具有改善的纹波特性的FBG的MCF等。MCF主要由石英玻璃组成，并包括共同包层和多个导光结构。每个导光结构包括芯部、第一包层和第二包层。第二包层的折射率高于第一包层的折射率，并且低于芯部的折射率和共同包层的折射率。由第一包层和第二包层构成的内包层区域的至少一部分包含感光材料，感光材料具有响应于具有特定波长的光的照射而改变掺杂有感光材料的玻璃区域的折射率的感光性。

摘要： 本发明提供了一种用于纤维布拉格光栅的光纤以及一种使用该光纤的纤维布拉格光栅。这种光纤包括一个用于导光的芯线，它是用一种将氧化锗(GeO2)加入到氧化硅(SiO2)中的材料制成的；一个包层，它是由将一种具有负的热膨胀系数的材料加入到氧化硅(SiO2)中而制成的，该包层的折射率低于芯线的折射率。从而，使用一种具有负的热膨胀系数的材料来制备这种光纤，以使得布拉格波长随温度而变化的变化量达到最小。

摘要： 按照本发明的某些实施例，在基片(14)上写入布拉格(Bragg)光栅(16)的同时，可以进行测量，以便允许在写处理过程中作出改变，从而减小在写入的光栅(16)中可能出现的误差。在一个实施例中，可以使用写光束(U)的多次扫描。在扫描后，可以测量正在写入的光栅(16)的特性，并可以对于以后的扫描实施校正。

摘要： 本发明涉及适用于制作具有改善的纹波特性的FBG的MCF等。MCF主要由石英玻璃组成，并包括共同包层和多个导光结构。每个导光结构包括芯部、第一包层和第二包层。第二包层的折射率高于第一包层的折射率，并且低于芯部的折射率和共同包层的折射率。由第一包层和第二包层构成的内包层区域的至少一部分包含感光材料，感光材料具有响应于具有特定波长的光的照射而改变掺杂有感光材料的玻璃区域的折射率的感光性。

摘要： 包层直径为125μm的光纤4是通过添加Ge到纤芯直径为8μm和相对折射率差为0.3％的纤芯41中制成的，和利用KrF准分子激光器(λ=248μm)的相位掩模方法，在光纤4中制成倾斜角为2°的两个折射率光纤部分41a和41b。线性调频光栅的相位掩模中心周期(2Λ)是1,140nm，周期的码片率(C)是1.2nm/mm，第一折射率光纤部分41a和第二折射率光纤部分41b的有效折射率是1.447，折射率调制是3×10

摘要： 本发明提供了一种用于纤维布拉格光栅的光纤以及一种使用该光纤的纤维布拉格光栅。这种光纤包括一个用于导光的芯线,它是用一种将氧化锗(GeO2)加入到氧化硅(SiO2)中的材料制成的;一个包层,它是由将一种具有负的热膨胀系数的材料加入到氧化硅(SiO2)中而制成的,该包层的折射率低于芯线的折射率。从而,使用一种具有负的热膨胀系数的材料来制备这种光纤,以使得布拉格波长随温度而变化的变化量达到最小。

摘要： 本发明适用于传感技术领域，提供一种光纤布拉格光栅传感器，包括圆柱状的弹性体以及光纤布拉格光栅，弹性体包括相互平行的两个端面以及柱状的侧面，一个端面用于接受压力，另一端面贴合于受力物体表面，光纤布拉格光栅嵌于弹性体上且形成与侧面同轴的圆形，光纤布拉格光栅的栅长小于或等于光纤布拉格光栅嵌于弹性体上的长度，光纤布拉格光栅的两端伸出弹性体。本发明采用在圆柱状弹性体上设置光纤布拉格光栅形成传感器，利用了纵向形变与横向形变之间的关系，采用沿着弹性体的端面施压产生轴向应变进而导致横向应变的方式使光纤布拉格光栅的长度发生应变，将纵向的压力转换为横向的应变，可以将弹性体的高度设计的较小，获得超薄结构传感器。

摘要： 本发明属于光纤光栅制造领域，公开了一种相移光纤布拉格光栅制备方法、装置和相移光纤布拉格光栅，以制备出相移区相移量的大小可控且相移区两边光纤光栅有效折射率不同的相移光纤布拉格光栅。所述装置包括一个扫描程序控制器，用于根据来自光纤的输出端的透射谱，控制相移区的相移量大小以及通过控制高精度位移平台的平移速率，将相移区两边的光纤形成具有不同有效折射率的光纤布拉格光纤光栅。本发明提供的技术方案一方面使得相移光纤布拉格光栅的相移区的相移量大小可控；另一方面，将相移区两边的光纤形成具有不同有效折射率的光纤布拉格光纤光栅，从而使得本发明技术方案制备出的相移光纤布拉格光栅能够广泛应用于诸如单频光纤激光器等领域。

摘要： 本发明适用于传感技术领域，提供一种光纤布拉格光栅传感器，包括圆柱状的弹性体以及光纤布拉格光栅，弹性体包括相互平行的两个端面以及柱状的侧面，一个端面用于接受压力，另一端面贴合于受力物体表面，光纤布拉格光栅嵌于弹性体上且形成与侧面同轴的圆形，光纤布拉格光栅的栅长小于或等于光纤布拉格光栅嵌于弹性体上的长度，光纤布拉格光栅的两端伸出弹性体。本发明采用在圆柱状弹性体上设置光纤布拉格光栅形成传感器，利用了纵向形变与横向形变之间的关系，采用沿着弹性体的端面施压产生轴向应变进而导致横向应变的方式使光纤布拉格光栅的长度发生应变，将纵向的压力转换为横向的应变，可以将弹性体的高度设计的较小，获得超薄结构传感器。

摘要： 本实用新型属于光纤光栅制造领域，公开了一种相移光纤布拉格光栅制备装置和相移光纤布拉格光栅，以制备出相移区相移量的大小可控且相移区两边光纤光栅有效折射率不同的相移光纤布拉格光栅。所述装置包括一个扫描程序控制器，用于根据来自光纤的输出端的透射谱，控制相移区的相移量大小以及通过控制高精度位移平台的平移速率，将相移区两边的光纤形成具有不同有效折射率的光纤布拉格光纤光栅。本实用新型提供的技术方案一方面使得相移光纤布拉格光栅的相移区的相移量大小可控；另一方面，将相移区两边的光纤形成具有不同有效折射率的光纤布拉格光纤光栅，从而使得本实用新型技术方案制备出的相移光纤布拉格光栅能够广泛应用于诸如单频光纤激光器等领域。