为了测量液位在警戒值附近变化的情况, 采用新款光纤熔接机制作了一种基于锥形结构的长周期光纤光栅测量液位的光纤传感器, 对传感器进行了理论分析, 搭建了液位传感实验系统, 根据传感器对外界环境的折射率灵敏度, 测量浸没在液体中的光纤长度。结果表明, 在0 mm~12 mm的液位测量范围内, 光纤液位传感器的峰值波长灵敏度和透射功率灵敏度分别是0.700 nm/mm和1.377 dB/nm。该传感器对液位变化测量较为准确, 且采用刻栅方式可有效解决传统长周期光纤光栅中存在的非对称模耦合和偏振依赖性高等问题, 同时具有制作简单、成本低和应用前景广泛等优点。
光纤光学 光纤传感器 长周期光纤光栅 液位测量 光纤熔接机 fiber optics optical fiber sensor long period fiber grating level measurement optical fiber fusion machine
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
为了测量液位高度变化, 采用基于空芯光纤多模干涉效应的方法, 研究了在外界介质影响下光源在空芯光纤中多模干涉所产生的干涉谱的变化, 进行了基于空芯光纤中多模干涉效应的液位传感实验, 研究了该液位传感器的干涉谱与液位变化的关系以及不同折射率液体对测量结果的影响, 并分析了实验误差。结果表明, 该光纤液位传感器的液位测量范围为0mm~55mm、液体折射率为1.33和1.35时, 液位测量灵敏度分别为0.180nm/mm和0.224nm/mm 。使用单模-空芯-单模结构的传感器进行液位变化测量是较为精准与可行的。
光纤光学 光纤液位传感器 多模干涉 空芯光纤 fiber optics fiber optic level sensor multimode interference hollow core fiber
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 西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710021
2 陕西省组合与智能导航重点实验室, 陕西 西安 710068
建立了一种短腔长复合式光纤法布里-珀罗压力传感器反射光谱的模型,提出了一种双参数椭圆拟合腔长解调算法,并对腔长为26~30 μm的复合式法布里-珀罗腔的解调进行了仿真。结果表明,采用双参数椭圆拟合算法进行腔长解调的最大误差仅为0.05 μm。搭建了光纤法布里-珀罗传感器解调系统,在加压条件下对复合式光纤法布里-珀罗压力传感器进行了解调实验,实现了20 kHz的解调速率,验证了所提算法在解调短腔长复合式光纤法布里-珀罗压力传感器方面的可行性与实时性。
光纤光学 光纤传感器 复合腔 反射光谱 6个参数的椭圆拟合算法 双参数椭圆拟合算法
为了实现对光纤光栅温度传感器的高速解调, 采用了一种基于现场可编程门阵列和小型光谱仪模块的光纤光栅温度传感器高速解调系统, 利用放大自发辐射光源产生的近红外宽带光辐射, 照射光纤光栅温度传感器, 对其反射光通过高斯拟合寻峰算法确定中心波长, 并由中心波长偏移量判定环境温度的解调方法, 进行了理论分析和实验验证。结果表明, 在30℃～60℃温度范围内, 完成了解调速率达20kHz、温度灵敏度为12.49pm/℃的高速温度测量, 实现了对光纤光栅温度传感器的高速解调。
光纤光学 高速解调 高斯拟合 FBG温度传感器 fiber optics high-speed demodulation Gaussian fitting fiber Bragg grating temperature sensor
1 西安工业大学 光电工程学院, 陕西 西安 710021
2 四川物科光学精密机械有限公司, 四川 绵阳 621900
为了研究纹影系统的温度场定量测量技术, 本文详细阐述了纹影技术的定量测量原理, 并通过分析流场纹影图像灰度大小与未被遮挡的光源像面积的关系, 提出了一种新颖的流场温度定量测量的计算方法。首先, 在光学平台上搭建了透射式纹影系统, 将加热平台放置在该系统的测量区域, 利用CCD相机将采集到的纹影图像上传到上位机进行图像处理, 然后采用该算法计算得到温度场的测量值, 并与热电偶的测量值相对比。实验结果表明: 在室温20 ℃时, 将加热平台的温度分别设定为50 ℃和90 ℃, 纹影系统测量得到的温度值相对误差小于10%, 证明了该计算方法的可靠性, 实现了以纹影技术为基础的温度场定量测量。
纹影 定量测量 流场 图像灰度值 schlieren quantitative measurement flow field image gray magnitude
为了测量分布反馈(DFB)单模半导体激光器线宽, 采用一种新颖的基于马赫-曾德尔干涉结构的光纤自外差测量方案, 设计了一套全光纤延时自外差法测量系统, 并进行了理论分析。在此基础上搭建了延时光纤长度分别为900m,3000m和6000m的窄带线宽测量系统, 对实验室一台中心波长为1550nm、标称线宽值为800kHz的DFB单模半导体激光器光源进行了测试, 测得激光器线宽值分别为951.566kHz,832.471kHz和802.221kHz, 并对所设计的方案进行了模拟仿真验证。结果表明, 与模拟仿真结果作对比, 延时光纤长度为6000m时的窄带线宽测量系统最优, 其误差在3%之内, 证明了所用自外差干涉原理的合理性和准确性。全光纤移频延时自外差法对测量DFB激光器线宽具有优越性和重要的实用价值。
激光技术 线宽测量 延时自外差 仿真 laser technique line-width measurement delay self-heterodyne simulation
西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
为了解决光纤多普勒测振仪远距离非接触测量物体振动时，信号偏弱、过零点波形凌乱、难于解调的问题，本文提出了一种新型光纤准直系统。本系统主要采用在小型C-lens光纤准直器后端增加整形系统并借助ZEMAX软件对高斯光束进行准直并优化，通过对光纤准直系统成品进行耦合测试实验，使用C-lens准直器与光纤准直系统进行信号耦合效率的测试对比。实验结果表明：改进后的准直系统能够满足2 m的工作距离，空间返回光耦合效率最大能达到6.3%，极大地提升了多普勒信号的对比度，提高了远距离光纤多普勒测振仪对振动的测量精度。
光纤准直器 光纤多普勒测量系统 耦合效率 fiber collimator optical fiber Doppler measurement system coupling efficiency EDFA EDFA
