1 西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
2 西北核技术研究所，陕西 西安 710024
3 西安近代化学研究所，陕西 西安 710065
为实现冲击波动态信号的测量，研制了一种光纤端面镀金-派瑞林-金三层结构的薄膜式光纤法布里-珀罗压力传感器。对该传感器进行了理论分析与仿真，搭建了静态和动态压力测量系统，并对其进行测试与分析。结果表明：在0~60 MPa的静态压力测量范围内，传感器的波长灵敏度和腔长灵敏度分别为0.0809 nm/MPa和0.3200 nm/MPa，与仿真结果一致；在动态压力测量中，传感器成功捕捉到了压力峰值为7.41 MPa和上升时间为75 ns的冲击波信号。
光纤传感器 法布里-珀罗腔 薄膜 压力测量
西安工业大学 光电工程学院 , 西安 710021
为了实现工业生产过程中温度和溶液质量分数的同时测量和传感检测, 提出了一种由法布里-珀罗干涉仪(FPI)和马赫-曾德尔干涉仪(MZI)级联干涉结构构成的双参数传感器。该传感器由融合在一起的单模光纤(SMF)和空芯光纤(HCF)组成。采用同时测量FPI反射光谱和MZI透射光谱的特征波长位移的方法, 获得了FPI和MZI对温度和折射率的灵敏度差, 建立了传感器温度-质量分数灵敏度矩阵, 实现了传感器双参数的测量。结果表明, 在40℃~150℃的温度范围内, FPI的温度敏感度为10pm/℃, 而MZI的对温度不敏感; 在质量分数0.05~0.40的范围内, FPI对折射率不敏感, 而MZI质量分数灵敏度是232.3nm/RIU; 该传感器可以实现温度与溶液质量分数的同时测量。该研究为石油、化工、电力、钢铁、机械等加工行业中双参数的动态测量提供了参考。
光纤传感器 法布里-珀罗腔 马赫-曾德尔干涉 空芯光纤 optical fiber sensor Fabry-Perot cavity Mach-Zehnder interference hollow core fiber
1 西安工业大学兵器科学与技术学院，陕西 西安 710021
2 西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
针对双峰法解调低精细度光纤法布里-珀罗（FP）传感器时，峰值定位误差过大导致的解算不准确问题，提出了一种双峰-干涉级次定位联合解调算法。首先，在FP传感器的反射光谱中定位两个波峰，通过常规双峰法估算出腔长；其次，定位一个波谷并引入波谷干涉级次，得到对应不同干涉级次的腔长取值序列；最后，从该腔长序列中寻找与双峰法估算结果最接近的腔长，实现腔长解调。为验证算法的可行性与优越性，对单模光纤制作的低精细度FP传感器进行解调仿真和实验验证。所提方法的解调精度优于2.3 nm，远高于常规双峰法。该算法可用于精确解调腔长在55~135 μm范围内的低精细度FP传感器。
测量 光纤传感器 法布里-珀罗腔 双峰法 相位法 腔长解调 干涉级次 光学学报
2022, 42(16): 1628001
1 西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
2 西安工业大学电子信息工程学院，陕西 西安 710021
针对调频连续波（FMCW）干涉光纤压力传感器存在的温度-压力交叉敏感问题，提出了一种实时温度漂移补偿方法。将参考传感器和压力传感器粘接放置在同一温度场中，根据两个传感器的腔长变化量与温度间的关系，分析温度漂移补偿原理，并利用温度漂移补偿方法实时校正压力传感器的温度漂移。实验结果表明，该方法在升温过程中的压力测量误差从9.21%减小到0.32%，降温过程中的压力测量误差从3.33%减小到-0.24%，降温60 min内压力传感器的压力漂移小于0.1 kPa，有效提高了FMCW干涉光纤压力传感器的测量精度。
传感器 参考传感器 压力传感器 实时补偿 温度 压力 激光与光电子学进展
2022, 59(7): 0728002
1 西安工业大学电子信息工程学院，陕西 西安 710021
2 西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
针对传统鉴相算法对拍频信号处理速度较慢的问题，提出一种基于数字信号处理（DSP）技术的调频连续波光纤位移传感器快速信号处理方法。以DSP技术为核心，通过直接内存访问（DMA）实现数据的快速传输，利用多固定点峰值预测鉴相算法对拍频信号进行快速解算并进行方向优化。实验结果表明：在600 mm的动态测量范围内，位移测量的标准差小于5 nm，线性拟合系数在0.99997以上，对被测目标的适应速度达到15 mm/s，该方法能够实现较高的测量精度和更快的动态测量速度。
测量 位移测量 多固定点峰值预测鉴相 调频连续波 测量速度 激光与光电子学进展
2021, 58(21): 2112003
1 西安工业大学 光电工程学院， 西安7002
2 西安工业大学 陕西省光电测试与仪器技术重点实验室，西安71001
针对光纤应变传感器由于温度敏感而引入的测量问题，提出了一种基于光纤布拉格光栅和空芯光纤多模干涉效应的混合型温度-应变双参量传感器。该传感器由两根单模光纤与一段内径小于单模光纤纤芯直径的空芯光纤熔接制成，其中一根单模光纤的光纤端面附近预刻一组光纤布拉格光栅。空芯光纤长度为厘米量级，光波以多模形式在空芯光纤侧壁中传播。结合光纤布拉格光栅和空芯光纤多模干涉效应对温度和应变的不同响应灵敏度，通过求解双参数耦合矩阵同时获取温度和应变两个参量，并有效解决了单个传感器在温度或应变测量时的温度-应变交叉敏感性问题。采用中心波长为1 550.172 nm的光纤布拉格光栅与一段长为2.5 cm、内径为5 μm的空芯光纤制备了相应的传感器，并进行了温度和应变测试。结果表明，光纤布拉格光栅和空芯光纤的温度灵敏度分别达到10.530 6 pm/℃和1.802 1 pm/℃，应变灵敏度分别达到0.720 7 pm/με和1.243 2 pm/με。
光纤传感器 空芯光纤 光纤布拉格光栅 温度 应变 Fiber-optic sensor Hollow core fiber Fiber Bragg grating Temperature Strain
1 西安工业大学电子信息工程学院，陕西 西安 710021
2 西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
针对线性调频连续波位移传感器信号采样率和信号处理速度低的问题，本文基于STM32H743芯片设计了一种法布里-珀罗干涉仪结构的光纤位移传感器。该光纤位移传感器使用锯齿波对激光器的频率进行调制，选用STM32H743作为核心处理器提高信号采集和处理速度，其主频为400 MHz，模数转换器最大转换速率为4.5 MHz，再结合调频连续波激光干涉测量技术对固定腔长的不锈钢钢管和运动目标的位移量进行测量。实验结果表明，该位移传感器在200~400 mm测量实验中，对1 mm/s运动目标的测量结果标准差小于3.3 nm，在600 mm范围内线性拟合系数在0.99998以上，其在位移测量领域具有良好的应用前景。
测量 调频连续波 位移测量 激光干涉测量 法布里?珀罗干涉仪 激光与光电子学进展
2021, 58(11): 1112007
西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
针对高精度调频连续波光纤压力传感器对温度和压力交叉敏感的问题，从理论和实验分析该压力传感器的温度特性，并通过优化设计压力传感器的结构，以及采用最小二乘法对温度进行实时补偿。经过理论计算可知，当温度从25 ℃到65 ℃变化时，温度对Fabry-Perot （F-P）腔腔长的形变量为1000 μm。通过优化设计F-P腔，可以使温度对F-P腔的影响降至50 μm。通过实验测试结构优化后的F-P腔腔长的形变量与温度的关系，并采用最小二乘法对温度进行实时补偿。温度补偿后，F-P腔腔长的形变量从50 μm降至4.5 μm，有效降低对温度敏感，提高调频连续波光纤压力传感测量的可靠性和实用性。
传感器 调频连续波激光干涉 F-P腔干涉仪 膜片压力测量 温度补偿 结构优化设计 最小二乘法 激光与光电子学进展
2021, 58(9): 0928002
提出一种基于调频连续波干涉测量技术的膜片式法布里-珀罗（F-P）腔液位传感器。根据调频连续波干涉技术液位测量体系理论制作液位传感器，搭建液位测量系统，并对其进行线性度、灵敏度和分辨率等测试。实验结果表明，调频连续波液位传感器液位测量的线性度为0.99998，液位测量的灵敏度为465 nm/mm，分辨率约为33.998 nm，对应的液位值为0.0731 mm，而且具有很好的稳定性、重复性和迟滞性。因此，所设计的调频连续波光纤液位传感器可以实现高精度且稳定的液位测量。
激光光学 调频连续波激光干涉 法布里-珀罗（F-P）腔干涉仪 膜片压力原理 光纤液位传感头 液位测量 激光与光电子学进展
2021, 58(7): 0714009
