1 江西师范大学 物理与通信电子学院 江西省通信与光电子重点实验室, 江西 南昌 330000
2 江西省人民医院口腔科, 江西 南昌 330000
为了解决由于检测技术原因而导致的医用蒸汽灭菌器温度监测执行率低、设备合格率低等问题, 设计了基于光纤布拉格光栅的医用蒸汽灭菌器温度监测系统, 对整个灭菌过程中温度监测的可行性、精准性和可靠性进行了研究。根据医用蒸汽灭菌器温度监测的相关标准, 运用波分复用技术设计了光纤光栅串传感器件。接着, 基于光纤光栅串传感器件搭建了相应的温度监测系统, 并对整个灭菌过程进行了实时温度监测。最后, 通过分析灭菌过程中各阶段温度随时间的变化, 有效灭菌温度下的灭菌时间, 灭菌器空载、半载及满载腔内各点之间的最大温度差, 来验证该检测系统的性能。监测结果准确地给出了灭菌器灭菌过程中各阶段温度随时间的变化, 所测灭菌器的有效灭菌时间为7.8 min, 空载时腔内各点的最大温差在2 ℃以内, 而满载时可达4.5 ℃。此系统的温度测量范围、分辨率及精度, 时间记录精度及数据存贮能力均达到国家及行业标准要求, 并具备多点监测成本低及可进入狭小区域监测等突出优势。
光纤布拉格光栅 实时温度监测 医用蒸汽灭菌器 可行性 监测系统 fiber Bragg grating real-time temperature monitoring medical steam sterilizer feasibility monitoring system
江西师范大学 物理与通信电子学院, 江西省光电子与通信重点实验室, 南昌 330022
提出了一种测试电沉积应力演变的方法.其机理为当带金属包层的布喇格光纤光栅为阴极进行电沉积时, 在沉积应力作用下, 布喇格光纤光栅的中心波长将发生漂移, 以此可推知沉积应力的大小.测试中首先利用光纤光栅解调仪记录电沉积应力作用下的布喇格光纤光栅中心波长的偏移量, 并将整个沉积时间分成小的时间段;然后依据沉积速度和标定的不同沉积厚度下的布喇格光纤光栅应力灵敏度, 计算出每时间段的应力值;最后将各时间段应力累加以获得累积应力随时间的演变.以电镀镍为例, 使用涂覆有化学镀镍磷金属包层的布喇格光纤光栅传感器, 进行电沉积应力测试, 测试表明：当测试镍镀层厚度小于50 μm时, 传感器灵敏度大于7pm/MPa, 准确度大于0.14 MPa;在6 000 s的电镀时间内, 累积压应力为173.049 9 MPa.
应用光学 应力演变测试方法 布喇格光纤光栅 电沉积应力 灵敏度 测试技术 传感器 Applied optics Stress evolution test method Fiber Bragg grating Electrodeposition stresses Sensitivity Monitoring techniques Sensor
1 南昌大学 机电工程学院 机器人与焊接自动化重点实验室，江西 南昌 330031
2 江西师范大学 物理与通信电子学院 光电子与通信重点实验室， 江西 南昌 330022
研究了化学镀Ni-P涂敷后光纤布拉格光栅(ENFBG)的均匀轴向拉力响应特性。利用其轴对称特性，分析了光栅的应力及应变状态；采用有限元方法数值分析了光栅应变，并实验验证了数值分析结果。数值分析表明：处于纤芯处的光栅被均匀拉伸，剪应变远小于正应变，可忽略；正应变与轴向拉力成正比，ENFBG中心波长的变化正比于均匀轴向拉力变化；但由于化学镀层与光纤力学特性的差异，镀层对FBG轴向均匀拉力响应起去敏作用。当化学镀层厚度为7.25 μm时，ENFBG的均匀轴向拉力实测灵敏度为12.45 pm/MPa, 相关系数为0.999 6，理论计算值为12.744 pm/MPa，但随着镀层厚度的增加，灵敏度呈下降趋势。镀层在为FBG提供良好保护的同时，ENFBG中心波长对于轴向拉力保持线性响应。实验显示ENFBG是性能良好的轴向拉力传感器。
光纤光学 化学镀Ni-P布拉格光纤光栅 均匀轴向拉力传感 灵敏度 fiber optics electroless plating Ni-P coated fiber Bragg gratin uniform axial tension sensor sensitivity
1 江西师范大学 物理与通信电子学院,江西省光电子与通信重点实验室，南昌 330022
2 江西省人民医院， 南昌 330022
复合树脂材料已成为重要的牙齿美容修复材料.本文利用两种布喇格光纤光栅传感器测定了口腔复合树脂材料在光固化过程中的收缩与温度演化特性.一种为普通的光纤布喇格光栅，另一种为经过了化学镀镍的光纤布喇格光栅，同时埋入复合树脂样品中，用光照射使其固化，测得光纤布喇格光栅在固化过程中温度和应力随时间的演化曲线.实验结果表明，在光固化过程中，因为聚合反应，树脂产生了强烈的收缩应力和温度变化.掌握复合树脂的光固化收缩特性和温度变化特性对不断改良材料性能以及优化口腔材料的治疗效果具有实际意义.
复合树脂 收缩应力 温度变化 光纤布喇格光栅 Composite resin Shrinkage strain Temperature variation Fiber Bragg grating
1 南昌大学机电工程学院机器人与焊接自动化重点实验室， 江西 南昌 330031
2 江西师范大学物理与通信电子学院光电子与通信重点实验室， 江西 南昌 330022
在用化学镀结合电镀方法对光纤布拉格光栅(FBG)进行金属化保护的过程中产生的应力直接影响到金属化FBG(MFBG)的传感精度。为此，基于应力产生的机制，对应力作用下化学镀和电镀过程中FBG的谐振谱变化进行了分析。实验发现化学镀后FBG谐振谱出现了较大的谱带展宽与峰值损耗减少。对化学镀产生的应力进行了理论及数值分析，结果显示热应力在FBG内部产生了扰动。通过延长化学镀后冷却时间的方法减少热应力，并通过充分搅拌化学镀液的方法减少应力的不均匀性，优化后的化学镀应力对FBG的影响很小。其后的电镀实验显示电镀过程是产生应力的主要原因。通过稳定较高的电镀温度、充分搅拌及采用双电极的方法达到了尽可能减少电镀过程应力对FBG频谱影响的目的。对优化化学镀和电镀条件后制成的MFBG进行温度传感实验表明，其回程误差小于已有的报道。
光纤光学 金属化光纤布拉格光栅 化学镀结合电镀保护 应力 谐振谱变化 激光与光电子学进展
2012, 49(6): 060601
1 南昌大学 机电工程学院 机器人与焊接自动化重点实验室，江西 南昌 330031
2 江西师范大学 物理与通信电子学院 光电子与通信重点实验室， 江西 南昌 330022
为了改善镍保护后光纤布拉格光栅(FBG)的高温传感性能，即降低其回程误差，减少其升温与降温灵敏度的差异，本文研究了产生这些现象的原因，认为其主要源于化学镀结合电镀镍过程中的残余应力。讨论了残余应力产生的机理，提出了适用于镍金属保护FBG的热处理方法。三次将金属镍保护后的FBG放置在120℃恒温炉中保温8 h后随炉冷却,对热处理前后的镍保护布拉格光纤光栅进行100~300 ℃的循环温度传感对照实验。结果显示：热处理前回程误差为6.64%,升温与降温灵敏度有较显著差异，且放置半个月后再次进行传感实验其特性也没有改善；热处理后，回程误差降到3.62%，升温灵敏度为22.84 pm/℃,降温灵敏度为22.76 pm/℃。实验表明，经适当热处理后的镍保护布拉格光纤光栅的实际工作温度可扩展到300 ℃，且具有较高的传感精度。
纤维光学 光纤布拉格光栅 高温传感 热处理 镍涂敷层 fiber optics Fiber Bragg Grating(FBG) elevated temperature sensor heat treatment nickel coating
1 南昌大学机电工程学院机器人与焊接自动化重点实验室, 江西 南昌 330031
2 中航工业江西洪都航空工业集团有限责任公司, 江西 南昌 330024
将光纤布拉格光栅(FBG)传感器埋入金属结构内部可以获得光纤智能金属结构。埋入后的FBG传感器应变传感性能受到埋入工艺、中间层和基体材料性能的影响。采用化学镀镍再电镀镍的方法对FBG进行金属化保护，然后用钎焊法将镀镍保护的FBG埋入金属构件中，应用材料力学基本原理建立了埋入式FBG在受到横向应力情况下，中心波长变化与作用在基体上集中外力的关系模型，并进行了三点压弯实验。结果表明，该模型能较好地预测埋入式FBG中心波长在横向应力作用下的变化趋势。
埋入式光纤布拉格光栅 镀镍保护 钎焊 横向应力传感 光学学报
2010, 30(s1): s100304
1 南昌大学机电工程学院机器人与焊接自动化重点实验室， 江西 南昌 330031
2 江西师范大学物理与通信电子学院光电子与通信重点实验室， 江西 南昌 330022
介绍了埋入式光纤智能金属结构研究遵循的步骤，即光纤传感器的金属化保护、保护后及埋入后传感器的特性、埋入宿主金属及埋入方法的研究。为减少保护过程中热应力对光纤传感性能的影响，主要采用常温下进行的化学镀结合电镀方法进行光纤金属化保护；而选择适当的涂层厚度、杨氏模量、热膨胀系数、泊松比可使热应力最小化；金属层对光纤传感器可起到明显的保护作用，并能增强其可焊性；金属化保护后及埋入后的光纤传感器均能保持良好的传感的特性。但目前所使用的光纤传感器大都集中在热稳定性较差的布拉格光纤光栅上，埋入的宿主金属及埋入方法都受到了限制，因此，突破瓶颈的关键在于找到适合于埋入恶劣环境的光纤传感器。
光纤光学 光纤智能金属结构 金属化保护 光纤传感器 激光与光电子学进展
2010, 47(10): 102801
