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少模lpfg的写制及其温度传感特性的研究

光通信技术 2017年第6期41卷 25-27页

作者：王秋里桑梅钟辰皓董洁天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072

首先基于lpfg温度传感理论对相位匹配条件进行了仿真,然后介绍了利用高频CO_2激光脉冲法在少模光纤上制备lpfg的过程,并且对写制的少模lpfg进行了温度传感特性的测量。

关键词： lpfg 少模光纤 CO2激光温度灵敏度

FBG-lpfg组合式传感器对液体浓度和温度的测量研究

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激光杂志 2018年第11期39卷 187-190页

作者：张雅博任孝锋李博郑州成功财经学院

为实现溶液内测量点的浓度与温度同时测量,将FBG与lpfg进行级联,并使得两段光栅呈串联形式,使得测量区域更加集中于相同位置,不仅解决了温度对lpfg在测量折射率时的交叉影响,又同时实现了温度与折射率的同时测量。实验结果表明,在同一... 详细信息

为实现溶液内测量点的浓度与温度同时测量,将FBG与lpfg进行级联,并使得两段光栅呈串联形式,使得测量区域更加集中于相同位置,不仅解决了温度对lpfg在测量折射率时的交叉影响,又同时实现了温度与折射率的同时测量。实验结果表明,在同一环境下,当仅有温度参数发生变化时,FBG中心波长偏移量为0. 008 5 nm/℃,而lpfg偏移量为0. 074 7 nm/℃;当环境测量点仅有浓度发生变化时,FBG的中心波长几乎没有偏移,lpfg的折射率灵敏度为-32. 42 nm/RIU。因此本文研究设计的组合式光纤光栅传感单元能够实现浓度与温度双参数的同时测量。

关键词： FBG lpfg 浓度与温度

金属氧化物半导体材料用于lpfg气敏传感研究

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电子元件与材料 2021年第3期40卷 239-243页

作者：璩光明杨莹丽王国东杨林林河南理工大学电气工程与自动化学院河南焦作454003 河南理工大学分析测试中心河南焦作454003 河南理工大学物理与电子信息学院河南焦作454003

通过分析长周期光纤光栅(lpfg)透射波长与金属氧化物半导体材料电导率、折射率之间存在的关联性,针对性分析了温度对材料气敏性能的影响,综合讨论金属氧化物半导体材料应用于lpfg气敏传感的合理性。建立了金属氧化物半导体材料应用于LPF... 详细信息

通过分析长周期光纤光栅(lpfg)透射波长与金属氧化物半导体材料电导率、折射率之间存在的关联性,针对性分析了温度对材料气敏性能的影响,综合讨论金属氧化物半导体材料应用于lpfg气敏传感的合理性。建立了金属氧化物半导体材料应用于lpfg气敏传感时各相关量之间对应的逻辑关系,并利用光纤光栅传感特性辅助分析系统做出理论计算进行验证。计算结果与理论分析呈现出良好的一致性,当还原性气体吸附导致外包层n型金属氧化物半导体材料折射率增大时,lpfg透射波长逐渐向短波方向移动,表现出了相应的气体敏感特性。

关键词：金属氧化物半导体电导率 lpfg 折射率气敏传感

磁流体lpfg-FBG双光纤光栅温度磁场传感器的研究

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磁流体LPFG-FBG双光纤光栅温度磁场传感器的研究

作者：冯森林中国计量大学

学位级别：硕士

随着科技的飞速发展,温度和磁场传感技术被广泛地应用于医学、国防、航天和海洋勘测等众多领域。磁流体具有磁控折射率特性,常作为磁场敏感介质与光纤传感结构相结合,设计成光纤磁场传感器来测量外界磁场的强度。lpfg或FBG都具有独特的... 详细信息

随着科技的飞速发展,温度和磁场传感技术被广泛地应用于医学、国防、航天和海洋勘测等众多领域。磁流体具有磁控折射率特性,常作为磁场敏感介质与光纤传感结构相结合,设计成光纤磁场传感器来测量外界磁场的强度。lpfg或FBG都具有独特的传光特性,常作为温度传感结构,设计成光纤温度传感器来测量外界温度的大小。但在光纤传感器同时测量温度和磁场强度时,存在交叉敏感的现象,导致测量结果不准确。针对这一现象,本文以磁流体作为磁场敏感介质,lpfg-FBG作为光纤传感结构,设计了磁流体lpfg-FBG双光纤光栅温度磁场传感器,具体研究成果如下:（1）简要地分析了lpfg-FBG的传感机理,并利用Optigrating软件对lpfg-FBG传感器进行结构优化仿真,研究了光纤光栅周期、长度、纤芯折射率调制深度、间隔单模光纤长度和光纤包层厚度对透射谱的影响情况,得到了lpfg-FBG传感器的最优结构参数,lpfg周期550μm、长度2 cm、FBG周期535 nm、长度1 cm和间隔单模光纤长度2 cm,lpfg-FBG有两个谐振波长,lpfg和FBG共同作用的谐振波长为λ,lpfg单独作用的谐振波长为λ。（2）使用244 nm倍频氩离子激光器利用相位掩膜法制备lpfg-FBG传感器;对比了以透明塑料管、石英管和医用移液器作为封装容器的情况,最后选择直径为0.5 mm的石英管作为封装容器;利用COMSOL仿真软件对长方体永磁体的磁场进行仿真,通过改变长方体永磁体的空间相对位置,找到了均匀磁场并将其确定为磁场实验区;根据永磁体磁场的仿真结果,设计并搭建了磁场发生装置;设计并搭建了温度和磁场实验系统,对lpfg-FBG传感器进行温度和磁场传感实验,得到实验结果:温度在35℃到85℃范围内,谐振波长λ温度度灵敏度是6.7 pm/℃,谐振波长λ温度灵敏度是96.2 pm/℃;磁场强度在0到24 m T范围内,谐振波长λ几乎不发生漂移但其损耗发生变化,磁场灵敏度是-0.1249 d B/m T,谐振波长λ发生波长漂移,磁场灵敏度是34.4 pm/m T。对于磁场测量的稳定性也进行了相应的测试,实验结果表明:该结构具有良好的磁场强度测量的稳定性。lpfg-FBG光纤传感结构中,FBG作为温度自补偿结构对磁场强度的测量进行温度补偿;lpfg可以对FBG的反射光进行强度调制。（3）根据理论推导和仿真结果设计性能优化实验。为了更好地腐蚀光纤包层,设计先后使用15%浓度和30%浓度的HF溶液对光纤包层进行腐蚀。由于HF溶液具有挥发性和对Si O具有腐蚀性,所以设计了亚力克材质的腐蚀容器来盛装HF并进行腐蚀实验;搭建了腐蚀实验系统,进行SMF光纤包层腐蚀实验,得到15%浓度的HF腐蚀速率是0.2215μm/min,30%浓度的HF腐蚀速率是0.7065μm/min;设计腐蚀方案,腐蚀lpfg-FBG传感器的包层,使其光纤包层直径减小到100μm并进行温度和磁场传感实验,最后得到实验结果:温度在35℃到85℃范围内,薄包层lpfg-FBG谐振波长λ温度灵敏度是8 pm/℃,谐振波长λ温度灵敏度是85.7 pm/℃;磁场强度在4 m T到20 m T范围内,薄包层lpfg-FBG传感器的谐振波长λ不发生波长漂移,磁场灵敏度为0,谐振波长λ发生漂移,磁场灵敏度是65 pm/m T。腐蚀包层后的传感器与未腐蚀包层的传感器作对比,传感器的谐振波长λ和谐振波长λ的温度灵敏度腐蚀包层前后没有明显变化,但腐蚀包层后传感器的谐振波长λ磁场灵敏度变为未腐蚀包层传感器的谐振波长λ的1.88倍,有效地提高了磁场灵敏度。

关键词： lpfg FBG 磁流体温度磁场

基于MF与lpfg磁场传感方案的改进与设计

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基于MF与LPFG磁场传感方案的改进与设计

作者：吴磊西安邮电大学

学位级别：硕士

长周期光纤光栅(lpfg)是一种新式的无源光纤器件,对外界温度、应变、折射率等因素均很敏感。磁流体(MF)是一种具有明显磁光效应的特殊液体,因其折射率会随外界磁场的改变而改变,常被用于磁场传感中。将lpfg的折射率敏感性与MF的磁光效... 详细信息

长周期光纤光栅(lpfg)是一种新式的无源光纤器件,对外界温度、应变、折射率等因素均很敏感。磁流体(MF)是一种具有明显磁光效应的特殊液体,因其折射率会随外界磁场的改变而改变,常被用于磁场传感中。将lpfg的折射率敏感性与MF的磁光效应相结合,通过检测lpfg的谐振波长偏移量可以进行磁场的测量。这种磁场传感系统不仅拥有lpfg灵敏度高的优点,还拥有MF转换效率高的优点,对实际应用具有一定意义。本文阐述了lpfg的传感原理,从MF的组成、性质、应用等方面进行了详细描述。重点对基于MF的lpfg磁场传感器的温度特性进行了仿真,仿真结果表明,外界温度的变化不仅会使lpfg的谐振波长产生漂移,还会改变MF的折射率,进而影响磁场的测量精度,因此需要加入温度改良模块;通过对改良模块原理的分析,得出只需测量出外界折射率与温度值便可准确得到磁场强度的结论;针对布拉格光纤光栅(FBG)具有感温范围广的优点及方案改良的需要,研究了其包层厚度与温度和折射率之间的关系,结果显示,包层的厚度不会影响FBG的温度敏感性,但会影响折射率敏感性,包层厚度越薄,折射率敏感度越高;通过对改良模块的分析结论与FBG包层厚度的研究结果提出两种改进方案。第一种是采用添加薄包层FBG,形成温度与折射率同步测量的方法对原方案进行改进。通过对折射率敏感区间的分析与数值拟合,提炼出了温度和折射率的同步测量公式。并根据MF的三维仿真图验证了该公式的正确性,证明了此改进方法可以提高磁场的测量精度,并且当折射率在1.45-1467之间时,该方案的磁场测量精度会达到最高。最后通过设计新式的传感探头,做出了改进后的系统模型。第二种是采用添加FBG,构成温度补偿模块的方法对原方案进行改进。首先通过对温补介质的对比研究,选用具有较宽感温范围的FBG作为温度补偿介质。然后针对FBG温度不敏感的缺陷,选用了硼锗共掺法、逐点写入法和聚四氟乙烯封装法来提高FBG的温度灵敏度。最后通过对改进后方案的建模与分析,得出此温补方法也可以精确测量磁场的结论,实现了提高磁场测量精度的目的。

关键词：磁流体 lpfg 薄包层FBG 同步测量温度补偿

基于lpfg微生物燃料电池的溶解氧浓度测量

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基于LPFG微生物燃料电池的溶解氧浓度测量

作者：周慧重庆理工大学

学位级别：硕士

微生物燃料电池是一种新型清洁的能源装置,它在产电的同时还能对废水进行处理,近年来成为相关领域研究的热点。虽然微生物燃料电池具有诸多优点,但微生物燃料电池的产电功率低,影响微生物燃料电池产电性能最主要的非生物因素有温度、p ... 详细信息

微生物燃料电池是一种新型清洁的能源装置,它在产电的同时还能对废水进行处理,近年来成为相关领域研究的热点。虽然微生物燃料电池具有诸多优点,但微生物燃料电池的产电功率低,影响微生物燃料电池产电性能最主要的非生物因素有温度、p H值、溶解氧浓度以及底物浓度等。因此,准确、在线地监测影响微生物燃料电池产电性能的非生物参数,对于优化控制微生物燃料电池产电性能尤为重要。目前关于溶解氧浓度检测的方法法存在费时、费力、耗氧、实时测定困难和受温度影响等缺点,无法有效地运用于微生物燃料电池内溶解氧浓度的测量。因此,探索一种新型的用于微生物燃料电池内溶解氧浓度准确在线测量的方法就显得尤为重要。本文采用长周期光纤光栅(lpfg)和布拉格光纤光栅(FBG)相耦合的方式来实现对微生物燃料电池内溶解氧浓度的准确测量,其中FBG主要响应电池内温度变化信息,lpfg主要响应电池内部温度和溶解氧浓度进变化信息。本文从以下几个方面展开了研究:(1)对基于塑料光纤的溶解氧浓度的测量进行了相关实验研究,探索光纤表面溶解氧敏感膜的制备方案和条件,来得到效果最佳的氧传感器。(2)利用溶胶-凝胶法制备将氧敏感膜固定在光纤上,通过光纤镀膜前后的光谱特性变化及镀膜的荧光光谱的变化趋势与邻啡咯啉钌(Ⅱ)的荧光光谱的变化趋势一致,并对敏感膜进行了表征。(3)利用所制作好的传感器对不同溶解氧浓度进行测量。基于塑料光纤的氧传感器,通过对荧光强度的测量来测量氧的浓度,灵敏度较高,说明敏感膜的性能良好。制出的良好敏感膜性能为基于lpfg的氧传感器奠定了基础,可以通过对中心波长偏移情况来测量溶解氧浓度,拟合系数R2达到0.9564。(4)为了提高lpfg溶解氧测量的准确度,设计并制作了FBG-lpfg组合式光纤氧传感器来消除温度的影响,得出:FBG、lpfg的中心波长偏移量与温度之间呈一定的线性关系,FBG的温度灵敏度为0.0063nm/℃,lpfg的温度灵敏度为0.0588nm/℃;测量浓度时,lpfg的中心波长发生偏移,lpfg的折射率灵敏度为-56.66nm/RIU,FBG的中心波长没有发生偏移。说明FBG-lpfg组合式光纤氧传感器可以同时测量浓度和温度。(5)把FBG-lpfg组合式光纤氧传感器放在MFC中测量微生物燃料电池溶解氧浓度的变化,测得当溶解氧浓度为0.24mg/L时,输出功率最大。本文设计的两种测量溶解氧浓度的方法都能有效的对其测量,但是用塑料光纤测量时,是在温度恒定的情况下进行测量的。由于微生物燃料电池的温度受到微生物的新陈代谢、内阻的影响,温度时时变化,在微生物燃料电池的使用中具有一定的局限性,不过本文中塑料光纤传感器是为了探究了敏感膜的制备最优方法及条件,同时为lpfg传感器做了前期的准备,本文制作的消除温度影响的氧传感器对今后的溶解氧传感器的研究具有一定的意义。

关键词：微生物燃料电池溶解氧 FBG-lpfg光栅 lpfg 传感器企

Spectral Characteristics of Mechanically Induced Long-Period Fibre Gratings by New Double-Layer Grating Templates

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Chinese Physics Letters 2005年第8期22卷 1951-1954页

作者：王新伟张振宇庄怀轩盛秋琴 InstituteofPhysics NankaiUniversityTianjin300071

We design a new double-layer grating template, which has the advantages of period uniformity, period number adjustability and continuous period regulation. By studying the transmission spectrum under the new template, we also find some new characteristics different from traditional fibre gratings: the resonant wavelength is mainly determined by the grating period; the intensity of transmission peak loss lies in the external pressures; the bandwidth of transmission spectrum can be controlled by the period number. Therefore, various applications can be realized by optimizing the transmission spectrum by reasonably selecting the matched parameters.

关键词： lpfg Mlpfg Mlpfg

Long-Period Fibre Grating Thin Film Sensors Based on Cladding Mode Coupling

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Chinese Physics Letters 2005年第7期22卷 1702-1705页

作者：徐艳平顾铮(Tian) 陈家璧 CollegeofOpticalandElectronicInformationEngineering UniversityofShanghaiforScienceandTechnologyShanghai200093

Based on a method of rigorous vector-field analysis, a numerical model of triple-clad long-period fibre grating is established. The vector components of the electric field for the HE11 cladding mode are plotted to study the field distribution of the cladding mode. The local intensity curves of the first six l = 1 cladding modes are also given. It is found that the low-order HE modes have a larger proportion of intensity localized in the core than the low-order EH modes, just like the double-clad lpfg. Further, the coupling constant between the core mode and the cladding mode is analysed. The results show that the coupling constant of the low-order HE increases monotonously when the mode number becomes larger, and it varies monotonously with the film thickness except for a certain specific region.

关键词： lpfg HE EH

Birefringence Effect of Long-period Fiber Gratings Fabricated by SMF

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Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science) 2006年第2期21卷 69-71页

作者：王昌 Fiber Sensing Technology & Research Center Wuhan University of TechnologyWuhan 430070 China

The fabrication of lpfg in single mode fiber （SMF） was fabricated using amplitude mask writing techniques. The birefringence effect of lpfg for sensing the transverse strain was discussed in detail. The experimented results shou that it exhibits a very high sensitivity and a good linearity to transverse strain, with a sensitivity some hundred times greater than what has been achieved using FBG sensor.

关键词： lpfg birefringence effec SMF