1 华北电力大学电子与通信工程系,河北 保定 071003
2 华北电力大学河北省电力物联网技术重点实验室,河北 保定 071003
3 华北电力大学保定市光纤传感与光通信技术重点实验室,河北 保定 071003
磁流体的固体磁性和液体流动性在温度与磁场传感领域有很大的应用潜力。将磁流体和光纤传感结构结合,将外界温度与磁场的信息调制于传输光波上,通过解调特征光谱的参量,实现温度与磁场的传感。综述了基于磁流体的温度与磁场传感器的研究进展,从磁流体与传感结构不同结合方式的角度,介绍了基于模式干涉、倏逝波、光纤光栅、光纤环镜、光子晶体光纤、表面等离子体、法布里-珀罗(FP)干涉的温度与磁场传感器。分析比较各传感结构的传感原理、灵敏度,展望未来的发展趋势。其中,磁流体填充特种光纤的温度与磁场传感器具有较高的灵敏度,结构稳固,抗干扰性强。
光纤光学 光纤传感 磁流体 双参量测量 激光与光电子学进展
2022, 59(5): 0500003
1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室,山西 太原 030024
2 太原理工大学物理与光电工程学院,山西 太原 030024
基于布里渊光时域分析(BOTDA)的分布式光纤传感系统可以实现温度、应变等参量的测量,同时具有超长传感距离、高空间分辨率和高精度等优势,已广泛应用于基础设施、航天工程等领域中的结构健康监测。然而,BOTDA传感系统存在温度和应变交叉敏感问题,导致温度和应变的变化在测量过程中难以区分,严重制约了系统传感监测能力。针对该问题,分别介绍了基于参考光纤、光栅辅助、多参数辅助、特种光纤、双波长传感、拉曼/瑞利散射辅助以及神经网络共7种方法,并对其进行分析比较,旨在为光纤传感领域中解决交叉敏感的研究与应用提供参考。
光纤光学 光纤传感器 分布式光纤传感 布里渊散射 布里渊光时域分析 双参量测量 激光与光电子学进展
2021, 58(13): 1306021
1 北京交通大学全光网络与现代通信网教育部重点实验室, 北京 100044
2 北京交通大学光波技术研究所, 北京 100044
光纤激光传感系统作为一种新型的光纤传感技术,结合了光纤传感的高灵敏度、可分布式测量和不易受电磁干扰等优点,以及光纤激光器的窄线宽和高光信噪比等优势,能够很好地应用于油田、矿山、桥梁、电力以及飞机等领域的测量和安全监控。从两个方面介绍了目前光纤激光传感系统的研究进展,一方面是基于单参量测量的光纤激光传感系统,系统所探测的参量包含了温度、应变、折射率、电流、声波和风速等;另一方面是基于双参量测量的光纤激光传感系统,主要是解决温度与横向应力、应变和折射率等交叉敏感的问题。
传感器 光纤传感 光纤激光器 单参量测量 双参量测量
重庆理工大学 电子信息与自动化学院, 重庆 400054
为了实现蔗糖溶液浓度与温度的同步精确测量, 采用组合式光纤光栅, 通过线性折射率分区, 构成相应的系数矩阵。首先, 基于模式耦合理论, 采用光纤布拉格光栅(FBG)和长周期光纤光栅(LPBG)形成组合式光纤光栅, 实现了双参数测量的光学传感器。此组合式光纤光栅结构中, FBG响应温度测量, LPFG同时响应蔗糖溶液浓度和温度测量。然后, 在两个线性折射率范围, 即133~142和142~144中, 校正温度和蔗糖溶液浓度的相关系数。最后, 构成两个敏感系数矩阵, 来讨论蔗糖溶液浓度和温度同时测量的方法。实验结果表明: 蔗糖溶液浓度测量灵敏度达到-2135 pm/RIU, 温度测量灵敏度达到1179 pm/K。因此, 组合式光纤光栅传感器作为光化学传感器具有高灵敏度的特性。
光纤光栅传感器 模式耦合理论 双参数测量 fiber gratingsensing mode coupling theory dual parameter measurement
江南大学通信与控制工程学院, 江苏 无锡 214122
采用了一种基于等强度悬臂梁的双光纤栅组合法, 实现温度与应力的同时测量。 选用同一批次生产的参数一致的 两根光纤Bragg光栅, 将其分别粘贴在等强度梁的上下表面, 通过梁上下光栅所受的应力大小相等而方向相反, 产生两个反射峰来实现温度与应力的同时测量。通过实验测得光栅温度灵敏度系数为0.1346 nm/°C, 梁上下光栅 误差仅为0.0001 nm/°C;应力灵敏度系数分别为0.4085 nm/N, -0.4089 nm/N, 误差也仅为0.0004 nm/N。实验结果 表明该方法切实可行, 制作工艺简单, 克服了传统双光栅组合法难以保证测量位置准确性的缺点。
纤维与波导光学 双参量测量 光纤光栅 温度测量 应力测量 等强度悬臂梁 fiber and waveguide optics dual-parameter measurement fiber Bragg grating temperature measurement stress measurement equi-intensity cantilever
江南大学通信与控制工程学院, 江苏 无锡 214122
介绍了一种以悬臂梁为基底,单光纤光栅为传感元件,测量温度和压力的方法。分析了温度和波长的非线性关系对测量结果的影响,给出了布拉格共振波长与温度的 线性及非线性的适用范围。光纤光栅的裸光栅部分和预应变部分波长与温度的线性适用范围分别为:-11.2℃~89℃, 22.5℃~62.5℃。 在此测量范围内,温度和压力响应曲线具有良好的线性。相应的压力灵敏度系数和温度灵敏度系数分别为:0 nm/N, 0.4082 nm/N, 0.0128 nm/℃, 0.1346 nm/℃。结果表明,该方法简单易行,为温度和压力的实际测量提供了便利。
纤维与波导光学 双参量测量 光纤光栅 等强度悬臂梁 交叉敏感 fiber and waveguide optics dual-parameter measurement fiber Bragg grating equi-intensity cantilever cross sensitivity
1 哈尔滨工业大学 土木工程学院,哈尔滨 150090
2 大连理工大学 土木水利学院,大连 116024
为了解决实际工程应用中光纤光栅和分布式布里渊共线技术测试应变的绝对温度补偿方法成本较高、不易布设等问题,采用光纤布里渊和布喇格光栅共线技术应变感知的温度互补偿方法,通过感知探头——双光纤光栅-纤维增强复合智能筋的室内和户外温度补偿试验探讨了该方法的有效性和适用性。结果表明,该方法可以实现光纤布里渊和光纤光栅的准分布式温度互补偿,误差低于8%,在工程接受范围内。此外,该技术还能同时给出应变和温度双参量测试结果,简化了传感系统,降低了布设成本,适合实际工程应用。
激光技术 温度补偿 双参量测量 布喇格光栅 光纤布里渊传感技术 纤维增强复合智能筋 应变测试 laser technique temperature compensation dual parameter measurement fiber Bragg grating Brillouin optical sensing technique smart fiber reinforced polymer rebar strain sensing