光子学报
2022, 51(10): 1006001
提出一种基于锥形七芯光纤的紧凑型光纤超声传感器，并进行了实验验证。该传感器由熔接在两根单模光纤之间的锥形七芯光纤制成，形成单模光纤—锥形七芯光纤—单模光纤的级联结构。由于单模光纤和七芯光纤的纤芯不匹配，容易激发高阶模式，被激发的多种模式的光波继续沿着七芯光纤传播，然后到达锥形区域。由于锥度直径的急剧减小，模式间发生干涉，传感器的灵敏度得到提高。制备了不同直径的锥形七芯光纤，并对其模间干涉和超声测量进行了对比分析。超声波在水中传播时，将周期性地改变周围液体的折射率，基于锥形光纤的倏逝场效应，调制锥形光纤中光波的传输。该超声波传感器具有制作简单、信噪比高、频率响应宽等特点。
光纤传感 光纤超声波传感器 倏逝场 微纳光纤 七芯光纤 Fiber sensor Ultrasonic fiber sensor Microfiber Seven-core fiber Evanescent field
1 中国科学院电工研究所, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对局部放电测量中的光纤法珀传感器, 研究了其工作点稳定和提高灵敏度的参数优化方法.通过改变可调谐激光器的波长稳定了传感器的工作点.用激光器波长调谐范围确定腔长, 令玻璃薄板的反射率为1, 根据单模光纤对高斯光束的耦合特性和多光束干涉原理, 通过迭代算法得出光纤端面的最优反射率.基于波长调谐范围1530~1565nm的可调谐激光器, 制作了自由光谱范围28nm, 腔长43μm, 玻璃薄板反射率大于0.97, 光纤端面反射率0.52的法珀传感器.经实验测试, 法珀腔光损耗为10%, 条纹对比度为1.实验结果表明, 基于可调谐激光器的传感器工作点稳定, 可测试最小局放声压约为1Pa, 达到实用要求.
光纤光学 超声波传感器 数值模拟 法布里-珀罗干涉仪 可调谐激光器 高斯光束 反射率 灵敏度 局部放电 Fiber optics Ultrasonic sensors Numerical simulation Fabry-Perot interferometers Tunable lasers Gaussian beams Reflectivity Sensitivity Partial discharges
1 哈尔滨理工大学工程电介质及应用技术教育部重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150080
2 哈尔滨理工大学电气与电子工程学院, 黑龙江 哈尔滨150080
采用耦合石英膜和光纤接头构成非本征法布里-珀罗干涉仪(EFPI)传感器,检测液-固复合绝缘电介质中的局部放电声发射信号.为解决目前EFPI传感器灵敏度低的问题,依据弹性力学原理和有限元分析方法确定EFPI膜片结构设计方法,并制作传感器样品.建立以分布式反馈(DFB)激光器为光源的EFPI正交强度解调系统.以绝缘油针-板电极局部放电为信号源,利用压电陶瓷(PZT)传感器与EFPI样品进行对比测试.结果表明,EFPI传感器局放检测灵敏度取决于传感器频响带宽和静压灵敏度,完善了EFPI膜片设计方法,获得局放检测灵敏度与PZT相近的EFPI传感器.
光纤光学 超声波传感器 光纤非本征法布里-珀罗干涉仪 膜片设计 局放声发射检测
