作者单位
摘要
武汉理工大学光纤传感技术与网络国家工程研究中心,湖北 武汉 430070
电池状态监测对于电池健康运行至关重要。随着电池性能不断提升,应用日益广泛,开发一种经济有效的电池传感系统迫在眉睫。与传统的电池传感技术相比,光纤传感器具有独特的优势,包括灵敏度高、体积小、容易集成、成本低等。本文全面概述了可用于电池状态监测的各种光纤传感器,包括光纤光栅传感器、光纤干涉仪传感器、光纤倏逝波传感器、光纤光致发光传感器和光纤散射传感器等,探讨了其工作原理,介绍了不同传感参数对应的传感方法及其性能。最后,提出了未来电池传感研究的挑战并进行了展望。
电池传感 光纤传感器 温度监测 应变监测 充电状态和健康状态监测 产气监测 
激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1106006
作者单位
摘要
武汉理工大学 光纤传感技术与网络国家工程研究中心,湖北 武汉 430070
多芯光纤光栅形状传感技术利用空分复用以及应变监测的优势,结合不同的栅点布设方案,实现待测对象的连续曲率和形状传感。首先介绍了多芯光纤光栅曲率和挠率传感原理,提出采用齐次矩阵变换的三维重构算法实现光纤的三维形状重构。为了探究不同光栅密度对实验精度的影响,利用算法编程模拟了不同光栅间距下的三维形状重构精度,依据模拟仿真的结果,建立了不同光栅间距与三维重构误差之间的关系。三维形状传感实验使用光栅间距为10 cm和5 cm的七芯光纤光栅串。实验结果表明,最大误差出现在尾点处,分别为2.56 cm和1.15 cm,占全长的3.2%和1.4%,平均误差为1.32 cm和0.62 cm,占全长的1.7%和0.8%。实验结果与仿真值比较接近,说明可以依据仿真结果对不同光栅间距下的三维形状误差进行预测。结合具体的应用场景合理配置测点资源,在较低的成本范围内实现高性能的检测。
光纤形状传感 多芯光纤 布拉格光栅 数值模拟 光栅间距 fiber shape sensing multi-core fiber Bragg grating numerical simulation grating pitch 
红外与激光工程
2023, 52(3): 20220485
作者单位
摘要
1 武汉理工大学光纤传感技术与网络国家工程研究中心,湖北 武汉 430070
2 武汉理工大学信息工程学院,湖北 武汉 430070
提出了一种耐高温光纤布拉格光栅阵列(FBGA)的制备方法。通过在拉丝塔上以聚酰亚胺作为涂层材料,利用相位掩模版技术和单脉冲在线刻写光栅,经过多次涂敷、烘干以及最后酰亚胺化,成功得到涂层直径为145~150 μm,中心波长范围为(1551.35±0.1)nm,反射率为0.06%,传输损耗为1.601 dB/km@1550 nm的聚酰亚胺涂层光纤布拉格光栅阵列(PI-FBGA)。然后对PI-FBGA的热稳定性和可靠性进行研究,结果表明,在线制备的PI-FBGA具有良好的热稳定性及可靠性,能够在300 ℃以下长期使用,300~400 ℃可短期使用。该传感光纤的成功制备扩大了常规在线弱光栅阵列的应用范围,在石油化工、环境监测、航空航天等领域具有广阔的应用前景。
光纤光学 光纤布拉格光栅阵列 在线制备 聚酰亚胺 热稳定性 可靠性 
激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0706002
作者单位
摘要
1 武汉理工大学 光纤传感技术与网络国家工程研究中心,武汉 430070
2 武汉理工大学 材料科学与工程学院,武汉 430070
3 武汉理工大学 信息工程学院,武汉 430070
4 武汉理工大学 理学院,武汉 430070
设计基于钽基氢气传感薄膜的新型光纤氢气传感系统,采用本征具有3~4 nm平坦区域的放大自发辐射光源作为传感光源,利用相位掩模法在单模光纤中刻写中心波长位于光源平坦区域的高反射率光栅,采用磁控溅射方法在单模光纤端面沉积40 nm Ta0.88Pd0.12~10 nm Pd~6 nm Pt~40 nm PTFE多层纳米复合薄膜制备微反射镜型氢气传感探头。高反射光栅的反射峰强度(I1)几乎不受氢气传感薄膜反射率影响,其峰值作为参考信号;高反射光栅附近的背底强度(I2)受氢气传感薄膜反射率影响,其强度作为传感信号。通过高反射光栅的反射峰强度(I1)与背底光强度(I2)的比值监测氢气浓度,可以大幅提升系统信噪比。利用氮气作为载气对传感探头进行氢敏性能测试,实验结果表明传感探头具有较好的重复性和稳定性,并且在低浓度氢气下传感探头灵敏度较好。该传感探头具有在无氧环境下监测氢气浓度的潜力。
光纤传感 氢气监测 TaPd复合膜 无氧环境 磁控溅射 Fiber optic sensor Hydrogen monitoring TaPd composite film Anaerobic environment Magnetron sputtering 
光子学报
2022, 51(6): 0606001
作者单位
摘要
武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室, 湖北 武汉 430070

提出了一种基于超弱光纤布拉格光栅的高信噪比(SNR)分布式振动传感系统。该系统用3 dB带宽超过3.4 nm、反射率为10 -5的在线制备啁啾光栅阵列作为传感光纤,通过典型双脉冲调制方式和3×3耦合器进行相位解调。为了消除激光器、调制器和光放大器等光学元器件带来的各类噪声干扰,结合最小均方算法和对称探测结构进行自适应滤波。实验结果表明,相比小波去噪算法,本算法能有效降低系统噪声,最大可将1 kHz解调信号的高频本底噪声降低40.1 dB,SNR达到96.5 dB;对于2 km长的传感光纤,系统在1~5 kHz的应变灵敏度可达到13.66 pε/√Hz。

光纤光学 分布式振动传感 超弱光纤布拉格光栅 信噪比 最小均方算法 
光学学报
2021, 41(13): 1306014
作者单位
摘要
1 武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室,湖北 武汉 430070
2 武汉理工大学信息工程学院,湖北 武汉 430070

相比于传统分布式光纤传感,连续光栅阵列光纤传感技术具有大容量、长距离、高密集等特点。主要综述了国内外连续光栅阵列的在线制备技术、解调方法及其典型应用,并对连续光栅阵列光纤传感技术的发展趋势进行了展望。

光纤光学 连续光栅阵列 温度监测 应力监测 振动监测 典型应用 
激光与光电子学进展
2021, 58(13): 1306007
Author Affiliations
Abstract
National Engineering Laboratory for Fiber Optic Sensing Technology, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China
Fiber Bragg grating (FBG) array is a powerful technique for quasi-distributed sensing along the entire length of sensing fiber with fast response and high precision. It has been widely used for temperature, strain, and vibration monitoring. In this review work, an overview on the recent advances of FBG arrays is conducted. Firstly, the fabrication methods of FBG array are reviewed, which include femtosecond laser system and online writing technique. Then, the demodulation techniques for FBG arrays are presented and discussed. Distributed static sensing can be performed by demodulating wavelength shift of each FBG, while phase demodulation techniques with low noise are employed for dynamic vibration sensing. Simultaneous distributed dynamic and static sensing system based on FBG array is also outlined. Finally, possible future directions are discussed and concluded. It is believed that the FBG array has great development potential and application prospect.
FBG array on-line writing FBG wavelength demodulation phase demodulation 
Photonic Sensors
2021, 11(1): 91
Author Affiliations
Abstract
National Engineering Laboratory for Fiber Optic Sensing Technology, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070,China
A fiber-optic shape sensing based on 7-core fiber Bragg gratings (FBGs) is proposed and experimentally demonstrated. The investigations are presented for two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) shape reconstruction by distinguishing bending and twisting of 7-core optical fiber with FBGs. The curvature and bending orientation can be calculated by acquiring FBG wavelengths from any two side cores among the six outer cores. And the shape sensing in 3D space is computed by analytic geometry theory. The experiments corresponding of 2D and 3D shape sensing are demonstrated and conducted to verify the theoretical principles. The resolution of curvature is about 0.1 m–1 for 2D measuring. The error of angle in shape reconstruction is about 1.89° for 3D measuring. The proposed sensing technique based on 7-core FBGs is promising of high feasibility, stability, and repeatability, especially for the distinguishing ability on the bending orientation due to the six symmetrical cores on the cross-section.
Shape sensing fiber Bragg gratings multi-core fiber 
Photonic Sensors
2020, 10(4): 306
Author Affiliations
Abstract
National Engineering Laboratory for Fiber Optic Sensing Technology, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China
An improved glucose sensitive membrane (GSM) is prepared by immobilizing glucose oxidase (GOD) onto a mixture of silica mesocellular foams (SiMCFs) and SiO2 nanoparticles (SiNPs) and then trapping it in a polyvinyl alcohol (PVA) gel. The membrane is coated onto a gold-glass sheet to create a surface plasmon resonance (SPR) sensor. A series of experiments are conducted to determine the optimized parameters of the proposed GSM. For a GSM with a component ratio of SiMCFs : SiNPs = 7 : 3 (mass rate), the resonance angle of the sensor decreases from 68.57° to 63.36°, and the average sensitivity is 0.026°/(mg/dL) in a glucose concentration range of 0 mg/dL-200 mg/dL. For a GSM with a component ratio of SiMCFs : SiNPs = 5 : 5 (mass rate), the resonance angle of the sensor decreases from 67.93° to 63.50°, and the sensitivity is 0.028°/(mg/dL) in a glucose concentration range of 0 mg/dL - 160 mg/dL. These data suggest that the sensor proposed in this study is more sensitive and has a broader measurement range compared with those reported in the literature to date.
Surface plasmon resonance sensor glucose sensitive membrane immobilized enzyme silica mesocellular foams 
Photonic Sensors
2019, 9(4): 309
作者单位
摘要
1 武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室, 湖北 武汉 430070
2 武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室, 湖北 武汉 430070
介绍了一种制作在光纤端头的超微型Fizeau腔水下激波压力传感器,给出了传感器的基本理论和制作工艺;采用被动零差解调技术对该光纤Fizeau腔在冲击压力波作用下的瞬态速变干涉相位进行解调;采用活塞式压力计和聚焦式电磁冲击波源进行静态和动态定标实验。在0~60 MPa压力量程范围内,系统的定标结果如下:满量程时的线性度、重复性、回程误差和基本误差分别为3.26%、0.01153%、0.07%和3.407%,动态响应时间小于0.75 μs。
传感器 光纤压力传感器 光纤Fizeau腔 高频响动态压力 超微型压力探针 
光学学报
2019, 39(2): 0212010

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