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基于波长与强度双解调的光纤温度传感器

光电子．激光 2013年第9期24卷 1694-1697页

作者：宋海峰龚华平倪凯董新永中国计量学院光学与电子科技学院浙江杭州310018

为了更好的了解光纤传感原理,并提高温度光纤传感器的各方面性能,提出一种新型的具有波长与强度双解调的光纤温度传感器。将30mm的保偏光纤(PMF)的两端分别与单模光纤(SMF)进行腰椎放大熔接,形成两个腰椎,构成全光纤马赫泽德尔(M-Z)温... 详细信息

为了更好的了解光纤传感原理,并提高温度光纤传感器的各方面性能,提出一种新型的具有波长与强度双解调的光纤温度传感器。将30mm的保偏光纤(PMF)的两端分别与单模光纤(SMF)进行腰椎放大熔接,形成两个腰椎,构成全光纤马赫泽德尔(M-Z)温度传感器。温度的变化将会引起光纤的纤芯模与包层模相位差的变化,从而导致干涉光谱的变化。以25-70℃作为测试温度,通过光谱仪(OSA)监测宽带光源经传感器后的干涉光谱。实验结果表明,温度升高,特征峰波长在向长波长方向移动,并且其强度在逐渐增大。因此,采用波长与强度双解调的方法对温度进行测量,其灵敏度分别为0.127nm/℃和0.32dB/℃,对应的分辨率分别为0.16℃和0.03℃。这个双解调的全光纤温度传感器制造简单、成本低、体积小和结构稳固,而且具有很高的分辨率,因此适用于实际测量。

关键词：温度传感器腰椎放大保偏光纤（PMF）波长解调强度解调

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基于保偏光纤模式干涉的应变传感器研究

光电子．激光 2013年第6期24卷 1082-1085页

作者：宋海峰龚华平倪凯董新永中国计量学院光学与电子科技学院浙江杭州310018

为了进一步了解模式干涉光纤传感器的原理,并相应提高应变传感器的性能,提出一种基于保偏光纤(PMF)的模式干涉应变传感器。在两根单模光纤(SMF)之间,腰椎放大熔接一根长30mm的PMF,构成全光纤模式干涉传感器。应变的变化将会引起光纤的... 详细信息

为了进一步了解模式干涉光纤传感器的原理,并相应提高应变传感器的性能,提出一种基于保偏光纤(PMF)的模式干涉应变传感器。在两根单模光纤(SMF)之间,腰椎放大熔接一根长30mm的PMF,构成全光纤模式干涉传感器。应变的变化将会引起光纤的纤芯模与包层模相位差的变化,从而导致干涉光谱的变化。在应变范围为0～3 605με,通过光谱仪(OSA)检测宽带光源经光纤传感器后的透射光谱。采用最小二乘法对光强强度和应变进行线性拟合,发现光强减小的趋势与应变的变化有很高的线性关系,并测得应变的灵敏度可达到0.004dB/με,对应的分辨率为2.5με。本文传感器制造简单、费用较低和结构稳固,并且具有很高的分辨率,因此适用于实际测量。

关键词：传感器应变保偏光纤(PMF) 模式干涉腰椎放大

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基于模式干涉光纤传感器的研究

基于模式干涉光纤传感器的研究

作者：宋海峰中国计量学院

学位级别：硕士

摘要：光纤传感器是近几十年来迅速发展起来的一种新型传感器。它具有抗电磁干扰、电绝缘性好、灵敏度高、重量轻、体积小、能在恶劣环境下工作等一系列优点，因而具有广泛的应用前景。本课题提出了一系列新型的腰椎放大的模式干涉传感... 详细信息

摘要：光纤传感器是近几十年来迅速发展起来的一种新型传感器。它具有抗电磁干扰、电绝缘性好、灵敏度高、重量轻、体积小、能在恶劣环境下工作等一系列优点，因而具有广泛的应用前景。本课题提出了一系列新型的腰椎放大的模式干涉传感器，并实验验证了其在传感领域中的实际应用。本课题具体研究内容如下： 1、提出一种基于全单模（SMF）光纤腰椎放大的传感器。一段SMF分别于两根SMFs进行腰椎放大连接，形成两个腰椎，构成全光纤模式干涉传感器。通过干涉峰的漂移情况，实现对物理量的测量。此传感器制作简单，价格低廉，并且结构稳固。 2、提出了一种基于保偏光纤（PMF）的腰椎放大模式干涉传感器。用PMF分别于两根SMFs进行腰椎放大连接。由于PMF能够保持偏振稳定特性，因此，传感器能实现对物理量的高精度测量。实验结果表明，相对于全单模腰椎放大模式干涉传感器，提出的传感器的灵敏度具有很大的提高。在此基础上，并研究了不同长度的传感器对灵敏度的影响。 3、提出了一种基于长周期光纤光栅的腰椎放大模式干涉传感器。本课题利用高频CO2激光器在SMF内写入长周期光纤光栅（LPG），然后将LPG的一端与单模光纤进行腰椎放大连接，形成全光纤模式干涉传感器。通过干涉峰的变化情况，实现了对曲率的高精度测量。 4、提出了一种温度和折射率同时测量的模式干涉传感器。它是级联一个LPG和一个全单模腰椎放大传感器。其制作过程是在一个LPG的两端腰椎放大两个普通的SMF，构成全光纤模式干涉传感器。利用此传感器实现了双参量的同时测量，消除了日常实际生产和工程结构中温度对其它物理量的影响。实验结果表明，该传感器可以同时测量温度和折射率，从而扩大此类传感器的实际应用。

关键词：腰椎放大模式干涉保偏光纤长周期光纤光栅

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基于长周期光纤光栅的干涉型传感器

基于长周期光纤光栅的干涉型传感器

作者：周兆帅中国计量学院

学位级别：硕士

与传统的传感器相比,光纤传感器具有抗电磁干扰、耐高温、耐腐蚀、体积小、灵敏度高、易成网、可兼容、分布式测量等众多优点,在工程健康监测、石油化工、生物医学、舰船和航天器等领域都有广阔的应用前景,并且是未来物联网的重要组成... 详细信息

与传统的传感器相比,光纤传感器具有抗电磁干扰、耐高温、耐腐蚀、体积小、灵敏度高、易成网、可兼容、分布式测量等众多优点,在工程健康监测、石油化工、生物医学、舰船和航天器等领域都有广阔的应用前景,并且是未来物联网的重要组成部分。本论文基于光纤传感技术、光纤光栅技术和光纤干涉技术,研究以下方面的内容:1、阐述了光纤传感技术的发展和长周期光纤光栅在传感原理及应用;研究了基于长周期光纤光栅的干涉型传感器的发展现状。2、研究了长周期光纤光栅的分类和基本理论,对长周期光纤光栅进行了数值模拟,模拟并讨论了刻写周期和长度对透射谱的影响。3、阐述了长周期光纤光栅的制备方法并实际制备了实验所需的长周期光纤光栅。4、提出了一种基于长周期光纤光栅和错位熔接结构的新型干涉型传感器。长周期光纤光栅激发包层模,传播一段距离后经错位熔接点栅耦合回纤芯,与在纤芯中传播的光波发生干涉。错位熔接点在受到横向压力和弯曲作用时,透射谱的消光比或相位会发生变化,从而实现了对横向压力和弯曲角度的传感。另外,该干涉结构还可用于对折射率的传感。5、提出了一种基于长周期光纤光栅和腰椎放大结构的干涉型传感器。长周期光纤光栅激发包层模,传播一段距离后经腰椎放大结构耦合回纤芯,与在纤芯中传播的光波发生干涉。腰椎放大结构在受到横向压力和弯曲作用时,透射谱的相位或者消光比会发生变化。实验结果证明该干涉型传感器结构简单,成本低,灵敏度高。

关键词：光纤传感器干涉型传感器长周期光纤光栅错位熔接腰椎放大

基于同结构级联的马赫曾德光纤传感器对比研究

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光子学报 2020年第10期49卷 46-52页

作者：孙小婷龚华平解铭旸林永杰赵春柳中国计量大学光学与电子科技学院杭州310018

为了探究同结构级联传感器的级联级数对传感器灵敏度的影响,对基于同结构二级与三级级联的马赫曾德光纤传感器进行了研究.实验中,分别采用放电熔接法制作了基于腰椎放大结构的和错位结构的二级级联和三级级联的M-Z光纤传感器.并对二级... 详细信息

为了探究同结构级联传感器的级联级数对传感器灵敏度的影响,对基于同结构二级与三级级联的马赫曾德光纤传感器进行了研究.实验中,分别采用放电熔接法制作了基于腰椎放大结构的和错位结构的二级级联和三级级联的M-Z光纤传感器.并对二级级联结构和三级级联结构的应变传感特性进行了研究.实验结果表明,双腰椎放大的M-Z光纤传感器的应变灵敏度为−0.76 pm/με,三腰椎放大的M-Z光纤传感器的应变灵敏度为−0.75 pm/με,应变灵敏度变化为0.01 pm/με;双错位结构的M-Z光纤传感器的应变灵敏度为−0.73 pm/με,三错位结构的M-Z光纤传感器的应变灵敏度为−0.77 pm/με,应变灵敏度变化为0.04 pm/με,因此,与二级级联结构相比,三级级联结构在灵敏度上并未有明显的提升.该研究表明多级级联的M-Z传感器并不能提高灵敏度.

关键词：马赫-曾德干涉仪腰椎放大错位结构级联结构应变传感

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基于MZ干涉仪的光纤磁场传感器研究

基于MZ干涉仪的光纤磁场传感器研究

作者：范涌涛中国计量学院

学位级别：硕士

本论文主要研究了磁性液体和MZ干涉仪在磁场测量领域的应用。磁性液体薄膜的双折射效应、超顺磁性以及磁控折射率特性等效应使得外加磁场变化时,磁性液体薄膜的折射率、介电常数等属性随之改变。所以将磁性液体薄膜包覆在特定光纤结构... 详细信息

本论文主要研究了磁性液体和MZ干涉仪在磁场测量领域的应用。磁性液体薄膜的双折射效应、超顺磁性以及磁控折射率特性等效应使得外加磁场变化时,磁性液体薄膜的折射率、介电常数等属性随之改变。所以将磁性液体薄膜包覆在特定光纤结构或填充在内部有孔的光纤中时,磁场变化会导致传感光纤中光波的相位、波长、光强以及偏正态等参量发生变化。我们通过探测这些物理量的变化量,即可反推出描述磁场属性的参量,达到测量外界磁场的目的。本课题的主要研究内容如下:1、阐述了磁性液体和光纤传感在磁场测量方面的研究状况,介绍了MZ干涉仪、光纤磁场传感器的工作原理和几种常见的光纤磁场传感器,并分析了各自的优缺点。2、详细介绍了磁性液体的组成以及磁性液体的稳定性、双折射效应、磁控折率特性、超顺磁性等特性。阐述了磁性液体的折射率测量方法。此外,还对磁性液体的制备工艺做了详细介绍。3、提出了一种基于双腰椎放大结构的光纤磁场传感器。对该传感器的工作原理作了理论分析,用实验结果证明了采用强度解调的可行性,当外加磁场方向垂直于光束传播方向,磁感应强度从0mT到120mT增加时,该传感器的谐振波长发生微小蓝移,光强减小明显,灵敏度为0.0943dBm/mT,拟合度为0.97918。4、提出了一种基于花生形错位结构的光纤磁场传感器。先以花生形错位结构为光纤传感头(无磁性液体薄膜包覆)进行了折射率和温度测量实验,得出外界折射率或温度变化量和谐振波长变化量的线性拟合关系。测量折射率时,灵敏度为29.68934nm/RIU,拟合度0.99266,对温度的灵敏度为57.86pm/℃,拟合度达0.9903。之后我们进行了基于花生形错位结构的光纤磁场传感器(有磁性液体薄膜包覆)的磁场测量实验。该传感器对磁感应强度的灵敏度为12.227pm/mT,线性拟合度为0.9626。

关键词：磁性液体光纤磁场传感器腰椎放大花生形结构错位结构

基于Mach-Zehnder干涉的湿度光纤传感器的研究

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激光与光电子学进展 2014年第6期51卷 38-41页

作者：唐学敏安佳丽金永兴中国计量学院光学与电子科技学院浙江杭州310018

介绍了一种可测量相对湿度的March-Zehnder(MZ)干涉的湿度光纤传感器,其传感结构是在两段标准单模之间腰椎放大熔接一段长为15 mm的单模光纤,并在中间的单模部分涂上一层5%的聚乙烯醇(PVA)。PVA的折射率随着环境湿度的变化而改变,从而... 详细信息

介绍了一种可测量相对湿度的March-Zehnder(MZ)干涉的湿度光纤传感器,其传感结构是在两段标准单模之间腰椎放大熔接一段长为15 mm的单模光纤,并在中间的单模部分涂上一层5%的聚乙烯醇(PVA)。PVA的折射率随着环境湿度的变化而改变,从而使包层模有效折射率发生变化。当中间单模光纤周围环境湿度发生变化时,相应干涉峰中心波长也会发生移动,通过测量透射光谱来测量包层周围环境的湿度变化。实验测得该湿度传感器的灵敏度为0.0983 nm/%RH(RH表示相对湿度)。实验也证明基于MZ干涉的湿度光纤传感器具有良好的稳定性等一系列突出的优点。

关键词：光纤光学腰椎放大湿度传感器聚乙烯醇(PVA)