1 西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
2 西北核技术研究所，陕西 西安 710024
3 西安近代化学研究所，陕西 西安 710065
为实现冲击波动态信号的测量，研制了一种光纤端面镀金-派瑞林-金三层结构的薄膜式光纤法布里-珀罗压力传感器。对该传感器进行了理论分析与仿真，搭建了静态和动态压力测量系统，并对其进行测试与分析。结果表明：在0~60 MPa的静态压力测量范围内，传感器的波长灵敏度和腔长灵敏度分别为0.0809 nm/MPa和0.3200 nm/MPa，与仿真结果一致；在动态压力测量中，传感器成功捕捉到了压力峰值为7.41 MPa和上升时间为75 ns的冲击波信号。
光纤传感器 法布里-珀罗腔 薄膜 压力测量
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
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
西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710021
使用单模光纤与空芯熔石英光纤制作了一种高灵敏度的光纤法布里-珀罗(F-P)微腔应变传感器,并采用非扫描相关解调技术实现了这种应变传感器的解调。该传感器由两段垂直切割的单模熔石英光纤穿入一段空芯熔石英光纤制成,其腔长为微米量级。将单模熔石英光纤固定于空芯熔石英光纤两端,实现了光纤F-P微腔应变传感器腔长-应变灵敏度的增敏效果。根据其腔长变化范围采用非扫描相关解调技术进行解调,对于初始腔长为30.129 μm,空芯熔石英光纤长度为40 mm的光纤F-P微腔应变传感器,腔长-应变变化灵敏度达到了14.08 nm/με,线性度可达99.7%。
光纤光学 应变 光纤传感器 法布里-珀罗腔 非扫描相关解调 激光与光电子学进展
2019, 56(17): 170630
本文提出了一种调频连续波激光干涉非本征型法珀腔光纤温度传感器。使用具有较高热膨胀系数的不锈钢圆管封装法珀腔制成温度传感探头。不锈钢圆管作为法珀腔腔体的同时也是温度敏感元件。通过调频连续波干涉测量技术测量法珀腔因受热膨胀所产生的腔长变化量，实现对温度的传感。实验结果表明，该光纤温度传感器测温分辨率达到了 0.0002 ℃，温度测量灵敏度可达 3022 nm/℃。此温度传感器不仅具有较高的灵敏度与分辨率，且结构简单稳定，具有良好的应用前景。
光纤传感器 法布里-珀罗干涉仪 调频连续波干涉 温度传感器探头 optical fiber sensor Fabry-Perot interferometer frequency-modulated continuous wave interference temperature sensor probe
西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710021
为提高复合式光纤法布里-珀罗传感器的相关解调分辨率,提出了一种基于新型复合式光楔的非扫描相关解调系统。根据所解调复合式光纤法布里-珀罗传感器各腔体光学厚度变化范围,沿线阵CCD像素点排布方向,设计了分段式不同倾角和厚度范围的空气间隙式光楔结构,实现了多个法布里-珀罗腔腔长的复合同步解调。针对基底腔和空气腔腔长分别为600 μm和80 μm的复合式光纤法布里-珀罗传感器,设计了复合式光楔,仿真并分析了其解调性能。结果表明,采用基于复合式光楔的非扫描相关解调方案,可以实现光学厚度差异较大的多法布里-珀罗腔构成的复合式光纤法布里-珀罗传感器的同步高精度解调,腔长解调分辨率优于单光楔解调。
光纤光学 光纤法布里-珀罗传感器 光楔 非扫描相关解调 相关干涉信号 激光与光电子学进展
2019, 56(13): 130603
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
1 西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710021
2 西北工业大学陕西省微/纳米系统重点实验室, 陕西 西安 710072
为了精确提取相关干涉信号的峰值位置,为光楔式光纤法布里-珀罗传感器的相关干涉解调机制提供理论借鉴,数值模拟了3种典型的光源光谱分布的相关干涉信号,并对所获得的相关干涉信号进行了详细的对比分析,综合讨论了不同光源光谱分布条件下,光谱带宽对相关干涉信号宽度、幅值以及对比度的影响。分析结果表明,当光源在光谱上具有高斯分布且带宽较大时,得到的相关干涉信号噪声较小、条纹更稀疏、信号对比度更高,更便于准确寻峰和实现高精度的解调。
光纤光学 光纤法布里-珀罗传感器 相关干涉信号 峰值位置 光谱分布 信号对比度 激光与光电子学进展
2018, 55(11): 110603
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
