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
3 武汉理工大学机电工程学院, 湖北 武汉 430070
海洋温度监测对于研究和保护海洋生态环境具有重要价值, 在防止海洋自然灾害的发生方面有着极重要的实际意义。传统的电传感器远距离供电难, 且难以满足大规模传感网络的复用需求。基于弱光纤光栅阵列的干涉式传感系统平台, 提出了运用相位生成载波(Phase Generated Carrier, PGC)算法解调温度信号的干涉式高精度温度传感方法。在26.00~30.00 ℃的范围内连续升温测量, 温度相位灵敏度为1 132.6 rad/℃, 皮尔逊平方相关系数R2为0.999 3, 理论上温度灵敏度可以达到0.000 1 ℃。结果表明, 将常规用来解调动态信号的方法应用到温度这种准静态信号的解调中, 能实现高灵敏度探测, 在海洋温度监测应用中有较好的应用潜力。
光纤传感 弱光纤光栅阵列 温度测量 相位生成载波 干涉仪 optical fiber sensing weak fiber grating array temperature measurement phase generated carrier interferometer
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
武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室，湖北 武汉 430070
混凝土桥梁受温度和荷载作用的影响容易引起裂缝，危害桥梁安全，而传统的应变测量方法难以在实际工程中大规模应用。弱光纤布拉格光栅（wFBG）阵列应变测量技术具有组网便利、精度高、测点多、可靠性强、抗干扰能力强、耐腐蚀、测量范围广且可长距离测量等优点，能广泛应用于大型土木工程应变测量领域。首先，通过wFBG应变-波长标定实验确定应变与波长的关系，构建高精度大容量解调系统。然后，通过T型梁加载卸载过程中的应变测量实验，验证了wFBG阵列测量应变的可行性和优越性。最后，用4118个wFBG组成的阵列在杭州下沙大桥上实现了桥梁应变监测。
光纤光学 光纤布拉格光栅 应变 桥梁监测 光纤传感 激光与光电子学进展
2022, 59(7): 0706003
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 武汉理工大学材料科学与工程学院，湖北 武汉 430070
传统石英光纤的涂覆层一般是聚合物，在高温下极易发生降解，这种特性是光纤在高温环境下难以被应用的主要原因。金属材料比聚合物具有更好的耐高温特性，可以有效地保护光纤表面免受侵蚀，是耐高温光纤涂覆层材料的研究热点。本文分析和对比了五种主要的光纤表面金属化涂覆方法（真空蒸镀、溅射、电镀、化学镀、熔融涂覆）。结果表明，金属化光纤适宜在极端环境中进行信息的传输和传感，因为化学镀较为经济环保，已成为目前光纤小范围金属化的主要方法；熔融涂覆技术利用拉丝塔在线制备耐高温光纤，是金属化工业生产的主流选择。
光纤光学 光纤 金属涂层 涂覆方法 激光与光电子学进展
2022, 59(5): 0500002
Author Affiliations
Abstract
1 National Engineering Laboratory for Fiber Optic Sensing Technology, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China
2 School of Information Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430065, China
3 Department of Mechanical and Electrical Engineering, College of Post and Telecommunication, Wuhan Institute of Technology, Wuhan 430073, China
4 Department of Electrical and Computer Engineering, University of Toronto, Toronto, ON M5S 3G4, Canada
We propose a novel modified frequency-shifted interferometer, where a Mach–Zehnder interferometer is added in order to obtain wavelength information. We use the Hilbert transform to extract the wavelength information from the phase of the interference pattern and construct the relationship between phase and wavelength. The laser wavelength measurement experiment is used to verify the compound interferometer. Experimental results demonstrated that our method could obtain the wavelength from the phase, which is of great significance for demodulation of the fiber Bragg grating based on a frequency-shifted interferometer.
modified frequency-shifted interferometry phase difference Hilbert transform Chinese Optics Letters
2020, 18(10): 101203
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
3 武汉理工大学机电工程学院, 湖北 武汉 430070
4 海军工程大学兵器工程学院, 湖北 武汉 430032
根据Fizeau干涉型光纤水听器的相位变化量公式,计算声压场条件下随声压变化的水听器总相位变化量。通过仿真,定量分析了水听器水平与垂直姿态及深度因素对各个频率下的声压灵敏度的影响。利用振动液柱法进行光纤水听器的实验环境测试。结果表明,姿态与深度因素均会对最终测量结果造成较大影响,在40~2000 Hz频带内,与水平姿态时相比,水听器在垂直姿态时将有0.9 dB~18.2 dB的灵敏度差异,深度读取误差造成的灵敏度误差在4 dB内。由于垂直姿态下水听器各部分所感受的声压场不同,因而测量结果与水平姿态结果存在差异,在声压场测试环境中,水平校准结果比垂直校准结果更精确,且测量深度越深,校准结果越稳定。
光纤光学 光纤传感器 水下声波 灵敏度分析 水听器 干涉仪 光学学报
2020, 40(15): 1506003
1 武汉理工大学 光纤传感技术国家工程实验室, 武汉 430070
2 武汉理工大学 机电工程学院, 武汉 430070
3 武汉理工大学 信息工程学院, 武汉 430070
针对相位调制型超弱光纤光栅水听器阵列解调过程中发生的相位翻转现象, 提出了一种基于独热码编码的有限状态机相位补偿方法, 用来在现场可编程逻辑门阵列中对翻转信号进行实时修 正.将解调信号相位及其补偿条件设计在独热码编码的有限状态机中, 通过状态机内部状态的即时转移, 实现高时钟速率下光纤干涉系统解调信号的相位补偿.对多种相位补偿方式在功能仿真和实验 测试中的功耗、占用资源及时序等进行对比分析, 结果表明基于独热码状态机的相位补偿方法, 不仅可以正确地解决相位翻转问题, 保证信号的完整性, 同时还可以增加信号解调动态范围, 使系统 的逻辑延迟降低6%, 在水声光纤传感解调系统的高吞吐率和高时钟频率应用环境下具有一定优势.
有限状态机 斐索干涉 补偿算法 现场可编程门阵列 光纤布拉格光栅 相位调制 Finite state machines Fizeau interference Compensation method Field programmable gate array Fiber Bragg gratings Phase modulation
