基于单模光纤偏芯结构的光纤折射率传感器研究

基于迈克尔逊(Michelson)干涉仪(MI)原理,结合光纤传感器的特性,设计和实现了一种单模光纤(SMF)偏芯干涉仪结构光纤折射率传感器,并针对蔗糖溶液进行了折射率的测量。实验结果表明:这种传感器的传感范围在1.33～1.39时,特征波长与外界折射率有单调的递减变化关系,蔗糖折射率每变化0.01时,特征波长平均变化约为0.12nm。这种传感器结构简单,灵敏度较高,能够实现液体折射率与浓度变化的在线检测。     

D-型光纤传感器检测流体折射率的仿真

为了利用D-型光纤传感器来检测流体的折射率或浓度，采用固定波长的入射光，改变入射角度的方法，通过Matlab对模型进行数值模拟研究了光反射强度与纤芯、入射角、金属膜厚度、SiO2膜厚度以及被测介质折射率之间的关系。模拟结果表明，纤芯折射率变大时，共振角减小；当入射角在共振角附近时，光强反射率变化明显；金属膜厚度对光强反射率影响明显，但对共振角影响甚小；不同折射率的被测介质对应的共振角度不同。因此可通过检测不同入射角下的光强反射率，找到共振角，从而达到确定被测流体的折射率或浓度的目的。     

光栅及光纤技术在近红外光谱检测中的应用

本文介绍Y型光纤测量和近红外光谱技术,探讨了光纤测量样品距离与测量灵敏度变化的关系及漫反射技术工作机理,利用闪耀光栅将光栅波长复用分光和光纤测量优势有效结合起来,为进一步开展近红外光谱技术在农产品快速无损检测方面的应用打下了基础。     

基于CFBG的SSB调制系统研究

研究了啁啾光纤光栅(CFBG,Chirped Fiber Bragg Grating)的SSB调制系统。对光信号给予一定的色散补偿,能有效的实现单边带调制(SSB,Single Sideband)。并以高斯形载波光谱为例,对基于60GHz的副载波调制光信号进行了数值计算。结果显示,该滤波系统能够实现22dB边带抑制比和88km的色散预补偿。     

基于透射型体布拉格光栅衍射效率的研究

基于Kogelnik耦合波理论,推导了透射体布拉格光栅的衍射效率方程,数值仿真分析了折射率调制幅度、晶体厚度、相位失配参量、角度偏移量和波长偏移量等光栅写入参数对体光栅衍射效率的影响.结果表明:当入射波和衍射波没有发生相位失配时,衍射效率最大;当以布拉格角入射时,衍射效率将随介质的厚度和折射率的空间调制幅度的增加而增加;当入射光满足布拉格条件时,不同厚度和折射率调制幅度的体光栅衍射效率为100%;只要入射光偏离布拉格条件一个很小的量,体光栅衍射效率就会迅速下降;当偏离量超出一定范围,衍射效率就降低为0.同时,并非是体光栅折射率的空间调制幅度越深,衍射效率越高.     

单壁碳纳米管包层平面光波导分析

对单壁碳纳米管包层平面光波导TE模的模式特性进行了分析,研究波导结构对单壁碳纳米管包层平面波导模场的影响,讨论了波导的有效折射率、光强分布同波导介质层厚度和折射率之间的关系。结果表明,在碳纳米管包层厚度为1μm,波导区厚度在2μm,波导有效折射率为1.61时,碳纳米管包层内光强较大,有利于碳纳米管的非线性饱和吸收。研究结果为基于单壁碳纳米管可饱和吸收体的超短脉冲波导激光器的设计提供了理论指导。     

拉锥光纤表面等离子共振氢敏感分析

研究了拉锥光纤表面等离子共振氢敏感机理、构建及应用.在分析光纤圆弧表面生长Pd膜的氢敏感原理的基础上,建立了拉锥光纤均匀段直径处生长Pd膜的氢敏感模型,为了提高拉锥光纤表面等离子共振氢敏感信号响应幅度和分辨率,优化了氢敏感区的Pd膜长度.计算表明,若光纤拉锥后包层(包括纤芯)直径为100 nm,Pd膜的厚度为20 nm,入射光波长为632.8 nm,则灵敏度最大的作用区长度为1.6μm.对于G652光纤拉锥氢敏传感器,若均匀段直径为40μm,则高灵敏度的作用区长度为10 mm.     

基于ROF系统的FBG滤波特性研究

在ROF系统中为了克服传统双边带调制引起的载波能量衰减，单边带调制方式被提出。作为波长选择性元件，光纤布拉格光栅具有全光纤尺寸、光纤兼容性、插入损耗小、成本低，利用它滤除一个边带实现信号光的单边带传输将有着很好的应用前景。对基于60GHZ的ROF系统，通过对高斯形光信号传输仿真，能实现13dB的边带抑制比。     

基于半导体光放大器的双波长激光器的微波信号产生研究

提出一种新型的基于半导体光放大器(SOA)的双波长光纤光栅激光器,并将其应用于产生微波信号。一对均匀的光纤布拉格光栅用作激光器腔内波长的选择元件,级联的2个光纤布拉格光栅(FBG)确保双波长CW激光具有较窄线宽,并通过调节FBG的工作温度以获得频率可调的微波信号。研究结果表明,通过改变光纤布拉格光栅的工作温度,可以获得波长间隔可调的稳定的双波长连续波激光输出,波长间隔为0.18~0.6nm,对应的微波信号频率范围是22.5~74.9GHz。     

光纤Bragg光栅对高斯线型光波入射的响应

提出了一种研究光纤Bragg光栅(FBG)对高斯线型光波入射响应的线性系统分析方法,建立了系统分析模型,其中高斯线型光波信号源为InP/InGaAsP多量子阱半导体的自发辐射光。研究结果表明,FBG对入射光波的影响发生在FBG的中心波长附近3dB带宽范围内,同时验证了FBG的带阻滤波效应。该结论对研究FBG对任意线型光波入射的响应具有一定意义。     

随钻测量井下光纤光栅传感器随机信号处理方法研究

作为一种新型传感器,光纤光栅传感器因不受电磁干扰、信号传输可靠等优点在随钻测量中得到广泛应用。由于井下参数复杂且相互耦合,FBG传感器不可避免地会受其他参数的干扰,因此需要分析各种随机信号的特征,对所测参数进行正确的估计。在分析了井下温度、压力随机信号的特征后,建立了信号估计的模型。采用有限单元分析方法对检测的温度和压力二元关系进行相互影响分析;利用小波分析和Winner参数估计等方法对钻柱振动以及各种随机噪声干扰信号进行去噪平滑处理。在仿真模拟分析基础上,获得随钻测量井下光纤光栅传感器信号处理方法。应用结果表明,这些方法能够在复杂的井下环境条件下准确获取温度压力真实值。     

高频CO2激光脉冲写入PCF-LPFG传感特性研究

采用高频CO2激光技术在柚子型光子晶体光纤(PCF)上写入长周期光纤光栅(LPFG),并对其温度、应变和弯曲特性进行了实验研究。实验测得,PCF-LPFG谐振波长的温度和应变灵敏度分别为0.002nm/℃和0.001 8nm/με,谐振峰损耗值对温度和应变不敏感。由于高频CO2激光写入为单侧写入,导致PCF-LPFG透射谱的弯曲特性与方向和曲率直接相关。选择弯曲灵敏度较大的方向进行了弯曲测试,测得在一定的曲率范围内,PCF-LPFG的谐振波长及谐振峰损耗值的灵敏度分别为-5.45nm/m-1和3.32dB/m-1。基于PCF-LPFG的透射谱温度不敏感特性,本文为制作不受温度影响的应变和弯曲传感器提供了新的方法。     

高阶色散对光纤耦合器不稳定性影响的计数机模拟

从光纤耦合器的耦合模方程出发,用奇偶超模对其进行重写,讨论了当输入条件使奇次超模被单独激发时,计算机数值模拟了高阶色散对光纤耦合器稳定性的影响,结果表明:光纤耦合器中在正常和反常色散区均存在不稳定性,并且不稳定性与3阶色散项无关、与4阶色散项有关,给出了增益谱在不同色散区随输入功率的变化关系.     

亚波长偏振分束光栅的优化设计

采用模态法和严格耦合波法优化设计了矩形石英偏振分束光栅,分析了偏振分束特性.研究表明,当光栅周期约为0.61μm时,TM偏振光两低阶模的折射率差近似为零,而TE偏振光的两低阶传输模则存在一个较大的折射率差,此时石英光栅具有最佳的偏振分束效果,可以将TE偏振和TM偏振入射光分别衍射到-1级与0级透射光束中.对于1.053 μm和1.064 μm波长的入射光,经优化设计光栅的-1级与0级可分别获得超过99%和90%透射衍射效率,透射消光比分别高于28 dB和23 dB.     

免耕播种机的抛送装置数值模拟与试验研究

为了了解全秸秆覆盖地免耕播种机叶片式抛送装置气流流场的分布情况以及抛料管道气流速度的影响因素,采用FLUENT对抛送装置进行数值模拟并对其进行了试验研究。结果表明,气流速度沿叶轮径向方向由内向外逐渐升高;圆形壳体出料口外侧的气流速度较内侧处的高;模拟所得结果和试验值的分布趋势基本一致,验证了数值模拟的可靠性;抛送叶轮的转速越高、叶片直径越大,各测点的气流速度就越大,越有利于秸秆物料的抛送;当叶片数为4、叶片倾角为后倾10°时,更有利于秸秆物料的抛送。     

Mach-Zehnder双光纤干涉仪应力-应变函数关系研究

利用Mach-Zehnder双光纤干涉传感器定量测量外界的应变应力必须给出相变与应力应变的函数关系式。分析了M-Z双光纤干涉仪光纤应变与相位变化的关系,将光纤应力测量过程简化为悬臂梁模型的受力变形,由该模型计算出相位变化与应力-应变的函数式,从而为双光纤干涉传感器应力应变测量的定量分析提供参考。     

智能光纤技术在简支转连续梁桥施工中的应用

在研究光纤传感器原理的基础上,进行了室内标定和布设工艺的研究,并在简支转连续粱施工的黑大公路牛头山大桥上布设了光纤光栅应变传感器,监测了预应力箱形梁张拉过程的钢筋应变历程,以及单梁静载试验的钢筋和混凝土的应变。通过近12个月的施工全过程观察,实践证明光纤传感器读数稳定,性能可靠,可以用于桥梁长期监测,作用明显优于传统的电阻应变片。     

基于光纤光栅应变箍传感器的管道局部腐蚀监测

为了对管道局部腐蚀进行长期、实时监测,自行开发了一种光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)应变箍传感器。介绍了基于FBG应变箍传感器的管道局部腐蚀监测原理,利用这种传感器测量管道的平均环向应变,实现对管道局部腐蚀的监测。将FBG应变箍传感器安装在局部壁厚不同程度减小的钢管道外壁上,分别测量各个管段的平均环向应变,开展局部腐蚀模拟试验。利用材料力学理论计算相同压力下不同腐蚀程度管段的平均环向应变,并用有限元软件进行模拟分析。结果表明:FBG应变箍传感器可以监测到管道平均环向应变的变化,进而反映管道局部腐蚀程度。这种基于管道环向应变监测管道局部腐蚀的方法具有很好的应用前景。     

油气管道安全预警技术现状

近年来由于第三方施工造成的管道破坏事件频频发生,管道安全防护问题受到广泛关注,急需长距离油气管道实时安全防护技术从而保障管道安全运行。管道安全预警技术可通过埋设在土壤中的传感器采集信号,实现对人为活动的识别和判断。目前,常用的管道安全预警技术主要包括光纤传感和地震波检测。根据采用的光学原理的不同,光纤传感类管道安全预警技术可分为MachZehnder型、Sagnac型、Bragg光纤光栅型及Φ-OTDR型4类。在此对光纤传感类管道安全预警技术和地震波检测类安全预警技术进行了综合分析,从技术原理、占用光纤数量、监测距离、灵敏度和识别效果等几个方面对各项技术进行了比较,给出了各项技术的优缺点,可为今后油气管道安全预警技术的选择和应用提供有益参考。     

金相试件抛磨夹具的研制

本文介绍的是一种新型的金相试件抛磨夹具,它可以代替人手在抛光机、预磨机上抛、磨金相试件。用了它既可以保证制件安全,又能提高生产率11至47倍,试件质量也比手工抛、磨的好。