1 西北工业大学 物理科学与技术学院 陕西省光信息技术重点实验室，西安 710129
2 西安石油大学 理学院 陕西省油气资源光纤探测工程技术中心，西安 710065
3 西北大学 物理学院，西安 710069
针对油气开采微地震监测高频检波器的要求，提出了一种基于对称铰链的光纤布拉格光栅高频加速度检波器结构，分析了该检波器的振动传感原理，利用仿真软件分析了该结构模型的谐振频率，同时对检波器的幅频特性、加速度响应灵敏度、横向抗干扰性能、冲击响应等性能进行了实验研究。实验结果表明：基于对称铰链结构的光纤布拉格光栅检波器谐振频率为1 200 Hz，与利用软件仿真的谐振频率1 191 Hz结果一致；在工作频率20~800 Hz，加速度灵敏度约为10.2 pm/g，线性系数为0.999 8；交叉轴灵敏度约为主轴的5%；在谐振频率附近有很好的冲击响应特性。该检波器加工工艺简单、可靠性高、工作频带宽、灵敏度高、横向抗干扰性好，在石油开采等领域有很好的应用前景。
光纤布拉格光栅 应变传感 加速度检波器 铰链 幅频响应 Fiber Bragg grating Strain sensing Accelerometer Hinge Amplitude-frequency response 光子学报
2022, 51(10): 1006003
西安石油大学 陕西省油气资源光纤探测工程研究中心和陕西省油气井测控技术重点实验室, 陕西 西安710065
设计并制作了一种基于七芯光纤的应变不敏感温度传感器。该传感器将一段七芯光纤与两段单模光纤进行熔接, 通过优化熔接参数在熔接点处形成两个分别充当光路分束器和耦合器的凸锥结构, 构成了马赫-曾德尔干涉仪(MZI)。实验研究了该传感器对温度和应变的响应特性。结果表明, 传感器的光谱对应变不敏感, 但传感器对温度具有良好的线性响应特性, 在40~200 ℃内, 其谐振光谱波长随温度升高线性红移, 对应温度灵敏度达到93.11 pm/℃, 波长漂移线性度达99.4%。
光纤传感器 七芯光纤 温度 应变不敏感 马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)传感器 fiber optic sensor seven-core fiber temperature strain insensitivity Mach-Zehnder sensor
1 西北工业大学陕西省光信息技术重点实验室，陕西 西安 710072
2 西北大学物理学院，陕西 西安 710069
环境折射率和环境温度变化是影响光纤应变测量误差的主要因素。本文利用双模光纤纤芯双模式(LP01和LP11)支持特性设计了一款环境折射率不敏感的双模光纤(DMF)长周期光纤光栅LPFG)应变传感器。设计了传感器模型结构，制作了最优化参数的传感器样品。实验测试了DMF-LPFG传感结构对外部环境中应变、温度和折射率的响应。通过在单模光纤上用紫外激光刻写的布拉格光栅(FBG)解决了环境温度的交叉影响。轴向应变实验结果表明，该新型结构传感器在0 με～840 με应变范围内其轴向应变灵敏度可以达到-5.4 pm/με，该灵敏度值相比较于普通LPFG有很大提高。温度在25 ℃～80 ℃范围内其灵敏度为58.86 pm/℃，表现出较好的线性度。同时，传感器对环境折射率变化表现出不敏感特性。通过采用双参数矩阵对少模LPFG和FBG的应变和温度灵敏度进行处理，可以实现双参数的同时解调。该新型复合光栅结构具有良好的传感性能和工程应用前景。
双模光纤 长周期光纤光栅 布拉格光栅 应变传感器 温度补偿 dual mode fiber LPFG FBG strain sensor temperature compensation
西安石油大学 理学院 陕西省油气资源光纤探测工程技术研究中心 陕西省油气井测控技术重点实验室, 陕西 西安710065
针对两点封装, 建立光纤光栅加速度检波器通用模型, 理论推导加速度检波器灵敏度和谐振频率的解析表达式, 深入研究加速度灵敏度和谐振频率的影响因素, 讨论封装光纤刚度系数与检波器结构刚度系数之比对检波器响应特性的影响, 并分析刚度比分别在0~1、0~100范围随着等效质量的增大(0 g~100 g), 加速度灵敏度和谐振频率的制约关系, 及在0 Hz~500 Hz(中低频)和0 Hz~1 200 Hz(中高频)范围内灵敏度的变化规律。此外, 分别以封装光纤长度为10 mm和60 mm举例分析长度对上述二者的影响, 各项仿真中灵敏度均会高达~1 000 pm/G, 并引入品质因数的概念。所提理论研究对FBG加速度检波器的设计和综合性能的评价具有重要的指导意义, 为器件参数优化提供理论依据。
光纤光栅 加速度检波器 灵敏度 谐振频率 品质因数 fiber Bragg grating accelerometer sensitivity resonant frequency quality factor
西安石油大学 理学院 光电油气测井与检测教育部重点实验室, 陕西 西安710065
光纤Bragg光栅流量传感器是基于光信号的新型流量传感器。当光纤光栅受到流体的作用时, 其波长、相位都会发生变化, 通过检测光信号的变化就可得到外界流量的变化。文章主要介绍了几种光纤光栅流量传感器的工作机理, 分析了各种流量传感器的优缺点, 并对光纤光栅流量传感器的发展进行了展望。
光纤Bragg光栅 流量测量 传感器 Fiber Bragg Grating(FBG) flow measurement sensor
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Photoelectric Gas-Oil Logging and Detecting Ministry of Education, Xi’an Shiyou University, Xi’an 710065
2 PetroChina Changqing Oilfield Company Communications Corporation, Xi’an 710018
The target type flowmeter based on fiber Bragg gratings (FBGs) is experimentally studied. The relationship between the central wavelength shift of FBG and the flux is derived and the analytic expression is also given. Simulation and preliminary experiments have been carried out, and experimental validation of the water further proves the feasibility of the sensor. The experimental results verify the proposed sensor which can measure flux range from 200 to 1200 cm3/s. And on this basis, the improvement program is raised.
布拉格光纤光栅 流量 传感器 流量传感器 060.3735 Fiber Bragg gratings 280.0280 Remote sensing and sensors Chinese Optics Letters
2008, 6(11): 815
西安石油大学光纤传感重点实验室，西安 710065
分析了光纤Bragg光栅的传感原理，将光纤光栅置于细钢管通过一种耐高温胶粘结细钢管两端使光纤光栅在高温下不脱落，并通过细钢管上的中间螺纹给光纤光栅施加预应力，使光纤光栅在温度变化过程中一直保持张紧状态，保证传感器有很好的重复性和良好的线性．实验结果表明：该FBG光纤光栅温度传感器灵敏度为0．0252nm／℃，有良好的重复性和线性，温度测量范围达200℃以上，可应用在高温环境测量温度的变化．
光纤Bragg光栅 温度传感器 耐高温 Fiber Bragg grating(FBG) Temperature sensor High temperature-resistance
