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基于并联法布里-珀罗干涉仪游标效应的增敏光纤湿度传感器

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光电子．激光 2023年第2期34卷 113-119页

作者：马行超张熙梓郭允吴玉纯王东宁徐贲中国计量大学光学与电子科技学院浙江杭州310018

为了提高光纤湿度传感器的灵敏度,提出了一种基于并联光纤法布里-珀罗干涉仪(Fabry-Perot interferometers, FPIs)游标效应的增敏型湿度传感器,并进行了实验验证。该传感器由两个基于内径4μm石英毛细管的光纤FPI通过2×2耦合器并联组成... 详细信息

为了提高光纤湿度传感器的灵敏度,提出了一种基于并联光纤法布里-珀罗干涉仪(Fabry-Perot interferometers, FPIs)游标效应的增敏型湿度传感器,并进行了实验验证。该传感器由两个基于内径4μm石英毛细管的光纤FPI通过2×2耦合器并联组成,其中一个FPI作为传感FPI,其末端镀有湿敏特性的琼脂糖薄膜,另一个作为参考FPI。论文分析了器件的湿度传感工作原理,实验结果论证了该理论分析的正确性。实验显示,并联FPI游标效应器件在40%RH—60%RH范围内其灵敏度高达0.843 9 nm/%RH,较之单一FPI的灵敏度提高了9倍,是并联FPI反射谱直接波谷追踪波长解调灵敏度的44倍。增加FPI末端湿敏膜厚度,其灵敏度进一步提高至1.12 nm/%RH。该传感器制备简单、尺寸小、灵敏度高,在湿度测试方面具有潜在的应用价值。

关键词：光纤传感法布里-珀罗干涉仪(FPI) 游标效应湿度

基于级联FPI和MZI的游标效应的光纤温度传感器

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光电子．激光 2022年第1期33卷 9-13页

作者：贾续龙周雪芳陈健兰胡淼王天枢杭州电子科技大学通信工程学院浙江杭州310018 长春理工大学空间光电技术国家地方联合工程研究中心吉林长春130022

为了兼顾较高温度传感灵敏度和较大的测量范围,提出了一种基于游标效应的级联法布里-珀罗干涉仪(Fabry-Perot interferometer, FPI)和马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder interferometer, MZI)的温度传感器,并进行了实验验证。实验中所采用... 详细信息

为了兼顾较高温度传感灵敏度和较大的测量范围,提出了一种基于游标效应的级联法布里-珀罗干涉仪(Fabry-Perot interferometer, FPI)和马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder interferometer, MZI)的温度传感器,并进行了实验验证。实验中所采用的FPI是由两段单模光纤和一个两端镀膜的石英波片构成,其结构稳定且不受恒温箱振动的影响,因此将其用来作为温度传感元件。MZI作为滤波结构是由两个3 dB耦合器自制而成,通过控制两个臂长使其自由光谱范围(free spectral range, FSR)与FPI的FSR相接近,从而能基于游标效应以级联的方式实现温度传感灵敏度的放大。实验结果表明,在20℃—70℃的温度变化下,级联干涉仪的温度灵敏度为72.4 pm/℃,相比于单个FPI(8.72 pm/℃),该结构将温度传感的灵敏度放大了8.3倍,同时还具有较大的测量范围,实验结果与理论相一致。

关键词：温度传感游标效应法布里-珀罗干涉仪(Fabry-Perot interferometer,FPI) 马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder interferometer,MZI)

基于法布里-珀罗干涉和反共振效应的光纤温湿度传感器

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光学学报 2024年第5期44卷 261-270页

作者：胡子怡常建华金澳博陈鸣徐遥南京信息工程大学电子与信息工程学院江苏南京210044 南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心江苏南京210044

提出并制备了一种基于法布里-珀罗干涉仪(FPI)和反共振(AR)效应的光纤温湿度传感器。将单模光纤(SMF)和端面固化了聚酰亚胺(PI)的带涂层无芯光纤(NCF)插入非封闭硅管两端构建FPI,利用具有相似光程的空气腔和空气-PI混合腔产生光谱叠加... 详细信息

提出并制备了一种基于法布里-珀罗干涉仪(FPI)和反共振(AR)效应的光纤温湿度传感器。将单模光纤(SMF)和端面固化了聚酰亚胺(PI)的带涂层无芯光纤(NCF)插入非封闭硅管两端构建FPI,利用具有相似光程的空气腔和空气-PI混合腔产生光谱叠加的游标效应,显著提高相对湿度检测灵敏度。NCF包层的光和部分折射进丙烯酸树脂涂层的光耦合形成AR,利用温度引起涂层折射率的改变导致AR非透射波长产生漂移,实现对温度的高灵敏度测量。实验结果表明:在10%~80%的相对湿度范围内,相对湿度灵敏度为510.25 pm/%;在26~35℃的温度范围内,温度灵敏度可达-4.48 nm/℃。该传感器具有成本低、灵敏度高的优点,在生物医学、健康监测等方面具有重要的应用价值。

关键词：传感器光纤传感器温湿度游标效应法布里-珀罗干涉仪反共振

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游标效应增敏型光纤干涉仪传感器的研究

游标效应增敏型光纤干涉仪传感器的研究

作者：杨婧天津工业大学

学位级别：硕士

科学的发展对传感器的性能提出了更高的要求,例如生物医学、环境监测、航天航空等领域需要高分辨率,提高灵敏度是实现高分辨率传感器的有效途径。近几年游标效应被引入光纤干涉仪传感技术中,有效地提升了光纤干涉仪传感器检测灵敏度。... 详细信息

科学的发展对传感器的性能提出了更高的要求,例如生物医学、环境监测、航天航空等领域需要高分辨率,提高灵敏度是实现高分辨率传感器的有效途径。近几年游标效应被引入光纤干涉仪传感技术中,有效地提升了光纤干涉仪传感器检测灵敏度。本文基于游标效应对光纤干涉仪传感器展开研究,创新和优化了光学游标增敏方案。具体工作内容如下:1.研究了基于并联游标干涉仪的光纤法布里珀罗(FP)温度传感器。该传感器由传感干涉仪和参考干涉仪两部分组成。并联结构具有制作流程简单,灵活可调性,抗电磁干扰等优点。根据法布里珀罗干涉仪传感原理,设计了详细制备方案,并在51℃-55℃范围内进行实验验证,单个传感干涉仪的温度灵敏度约为2.015nm/℃,并联游标干涉仪的温度灵敏度为10.053 nm/℃,结果表明并联结构对温度测量的增敏效果显著。2.提出了基于虚拟游标干涉仪的光纤FP温度传感器。该传感器由传感干涉仪和虚拟参考干涉仪两部分组成。对传感干涉仪进行实验测量,虚拟参考干涉仪通过干涉光谱仿真得到,并联连接通过对干涉光谱数据处理实现。分析了并联游标干涉仪双腔腔长变化对干涉光谱及游标包络光谱的影响。实验结果显示,在51℃-55℃范围内,虚拟并联游标干涉仪的温度灵敏度为10.033 nm/℃,通过改变腔长长度实现了对温度灵敏度2、3、4、5、6倍的放大增敏效果。结果表明,使用虚拟参考干涉仪替代实物,避免了制作以及测量环境等不可控因素对实验结果的影响,更稳定,在合理范围内对温度灵敏度可调控。3.提出了基于双折射游标效应的微光纤耦合器折射率传感器。该耦合器是把两根单模光纤加热熔融拉锥而成具有双折射的波导,光源经过耦合锥区,激发X/Y偏振态,两种偏振耦合后在输出端口形成游标效应。锥区腰径越细周围倏逝场越强,因此对折射率溶液的响应更灵敏。实验结果显示,2.7μm微光纤耦合器,在1.3341～1.3380 RIU范围内,甘油溶液的折射率响应最高灵敏度可达37943.777 nm/RIU,且线性响应良好。

关键词：光纤干涉仪光纤耦合器游标效应增敏温度测量折射率测量

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基于游标效应的可调节光纤应变传感器

激光与光电子学进展 2023年

作者：宋鑫本朱晓亮潘寒洁张晓东赵恩铭毕晓彬陈吟啸杭州科技职业技术学院智能制造学院浙江工商大学信息与电子工程学院(萨塞克斯人工智能学院) 大理大学工程学院

本文提出并制备了一种基于法布里-珀罗干涉仪游标效应的高灵敏度光纤应变传感器。该传感器包含两个并联的法布里-珀罗干涉仪，其中传感干涉仪由单模光纤和一小截毛细石英管熔接构成，参考干涉仪通过单模光纤放置在光纤熔接机中对齐构成... 详细信息

本文提出并制备了一种基于法布里-珀罗干涉仪游标效应的高灵敏度光纤应变传感器。该传感器包含两个并联的法布里-珀罗干涉仪，其中传感干涉仪由单模光纤和一小截毛细石英管熔接构成，参考干涉仪通过单模光纤放置在光纤熔接机中对齐构成。当两个干涉仪具有相近的自由光谱范围时，利用干涉仪游标效应进一步放大了传感干涉仪的应变敏感性。在此基础上，通过简单地调节熔接机改变参考干涉仪腔长，并联结构可以选择不同放大倍数以获得不同灵敏度。实验结果表明，在熔接机的辅助下，在0～250με的应变范围内并联结构的应变灵敏度分别达到22.16pm/με和32.88pm/με，比单一结构的灵敏度（5.76pm/με）分别提高了3.84、5.70倍。该传感器具备制作简单、灵敏度高、重复性好、操作方便以及成本低等优点，为应变检测提供了新的思路。

关键词：光纤传感器法布里-珀罗干涉仪自由光谱范围游标效应应变

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基于游标效应的萨格纳克干涉仪温度传感器

半导体光电 2023年第6期44卷 845-850页

作者：陈志萌黄昌清朱庆超侯俊杰喻琪琪中国计量大学光学与电子科技学院杭州310018

提出了一种基于光学游标效应的级联光纤萨格纳克干涉仪和光纤模态干涉仪高灵敏度温度传感器,并对其传感特性进行了实验研究。光纤萨格纳克干涉仪由一段保偏光纤和3 dB四端口耦合器组成,光纤模态干涉仪由一段少模光纤与两段单模光纤熔接... 详细信息

提出了一种基于光学游标效应的级联光纤萨格纳克干涉仪和光纤模态干涉仪高灵敏度温度传感器,并对其传感特性进行了实验研究。光纤萨格纳克干涉仪由一段保偏光纤和3 dB四端口耦合器组成,光纤模态干涉仪由一段少模光纤与两段单模光纤熔接形成。选取光纤萨格纳克干涉仪作为温度传感器,光纤模态干涉仪充当滤波器。通过控制保偏光纤和少模光纤的长度,使光纤萨格纳克干涉仪的自由光谱范围为2.63 nm,光纤模态干涉仪的自由光谱范围为2.82 nm,两者的自由光谱范围相近又不相等,从而形成光学游标效应。实验结果显示,单个光纤萨格纳克干涉仪的温度灵敏度为-1.30 nm/℃,级联光纤模态干涉仪后,其温度灵敏度提高到-18.19 nm/℃,放大倍数为13.99。该传感器制造工艺简单,稳定性好,不需要特殊的增敏材料来提高灵敏度。

关键词：萨格纳克干涉仪光纤模态干涉仪游标效应自由光谱范围光纤温度传感器

基于AR结构与FPI级联的游标效应增敏温度传感器

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传感器与微系统 2023年第4期42卷 23-26页

作者：孙远周大海刘理华中科技大学光学与电子信息学院湖北武汉430074 江苏永鼎股份有限公司江苏苏州215211

提出并实验验证了一种基于游标效应的超灵敏温度传感器,传感器由带有二氧化硅(SiO2)毛细管和空气腔的级联结构组成。毛细管可引起反谐振(AR)效应,空气腔具有法布里—珀罗干涉仪(FPI)的作用。利用FPI进行传感,毛细管作为混合级联传感器... 详细信息

提出并实验验证了一种基于游标效应的超灵敏温度传感器,传感器由带有二氧化硅(SiO2)毛细管和空气腔的级联结构组成。毛细管可引起反谐振(AR)效应,空气腔具有法布里—珀罗干涉仪(FPI)的作用。利用FPI进行传感,毛细管作为混合级联传感器的参考干涉仪。实验结果表明:所提出的级联传感器的温度灵敏度显著提高,从0.477 nm/℃提高到2.43 nm/℃,与单一FPI相比,放大系数高达5.06。该传感器具有结构简单、性能稳定等优点。此外,基于AR效应的游标效应研究鲜有报道。

关键词：法布里—珀罗干涉仪反谐振效应游标效应温度传感器

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基于单干涉仪的信号处理辅助游标效应解调

基于单干涉仪的信号处理辅助游标效应解调

作者：林春丽广州大学

学位级别：硕士

游标效应可以有效放大干涉型光纤传感器的灵敏度,可以在任意传感领域应用,是目前研究的热点。传统游标效应采用两个干涉仪串联或并联,一个干涉仪用作传感干涉仪,另一个干涉仪用作参考干涉仪。其存在的问题是:两个干涉仪的光程差(OPD)很... 详细信息

游标效应可以有效放大干涉型光纤传感器的灵敏度,可以在任意传感领域应用,是目前研究的热点。传统游标效应采用两个干涉仪串联或并联,一个干涉仪用作传感干涉仪,另一个干涉仪用作参考干涉仪。其存在的问题是:两个干涉仪的光程差(OPD)很难做到很接近,另一个问题是参考干涉仪要求不受外界环境影响,事实上很难做到。本文主要研究了基于单个干涉仪的信号处理游标效应解调来实现超高灵敏度传感。本文的主要研究工作和创新点如下:(1)本文提出了一种基于单个马赫-曾德干涉仪(MZI)的信号处理游标效应解调方案。方案中采用普通的锥形光纤MZI。MZI输出传感干涉光谱,通过空间频率下转换一条传感干涉光谱以获得构造的参考干涉光谱,将实测的传感干涉光谱与该构造的参考干涉光谱相乘,可形成具有游标效应包络的叠加光谱,实验获得折射率灵敏度为71354.58nm/RIU,放大因子为31.01。所提出的方案中构造的参考干涉光谱不受外界环境的影响且其自由光谱范围(FSR)可以任取,因而放大因子可调。(2)本文提出了一种基于单个法布里-珀罗干涉仪(FPI)的信号处理游标效应解调方案。采用常见的一段单模光纤端面错位夹在两根单模光纤中构成的FPI。传感干涉光谱由FPI得到,构造的参考干涉光谱是由传感干涉光谱中的一条光谱经过两次调制及提取后得到。将实测的传感干涉光谱与构造的参考干涉光谱相加,形成具有游标效应包络的叠加光谱。实验通过优化FPI的腔长和调制长度,获得133948.33 nm/RIU的超高折射率灵敏度,放大因子为118.38。该方案是基于单个干涉仪的信号处理游标效应解调的另一备选方案。以上两种基于游标效应的解调方案均适合任意双光束干涉仪,因而具有通用性。

关键词：干涉型光纤传感器游标效应构造参考干涉谱折射率传感

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基于游标效应的温度不敏感光纤拉力传感器

光子学报 2022年第12期51卷 123-134页

作者：郭云陈圣林王平魏翔宇王玉娟王善平万海城山东华宇工学院电气工程学院山东德州253000 德州职业技术学院电子与新能源技术工程系山东德州253000

提出了一种基于光学游标效应的并联法布里-珀罗干涉仪,实现了高灵敏度的光纤拉力传感。为实现高质量的游标效应,该传感器由两个法布里-珀罗干涉仪并联组成,分别为传感干涉仪和参考干涉仪,在此基础上,采用光纤衰减器来精确调控参考干涉... 详细信息

提出了一种基于光学游标效应的并联法布里-珀罗干涉仪,实现了高灵敏度的光纤拉力传感。为实现高质量的游标效应,该传感器由两个法布里-珀罗干涉仪并联组成,分别为传感干涉仪和参考干涉仪,在此基础上,采用光纤衰减器来精确调控参考干涉仪的插入损耗,便于波长和强度之间的完美匹配。实验结果显示,并联后的拉力灵敏度达到了63.5 nm/N,线性度为99.26%,与单一传感干涉仪相比灵敏度提高了15.8倍。同时,温度串扰仅为9.8×10^(-4)N/°C。该传感器具备制作简单、灵敏度高、机械强度高、体积小以及成本低等优点,为恶劣条件下拉力测量提供了应用参考。

关键词：法布里-珀罗并联拉力游标效应高灵敏度光纤衰减器