光纤F-P应变传感器光纤端面反射率优化

赵雷;陈伟民;章鹏

【期刊名称】《激光杂志》

【年(卷),期】2006()5

【摘要】讨论了光在F-P腔内的传输损耗,并分析了损耗对传感器输出信号质量的影响,进而提出了通过提高反射光纤端面反射率的方法来改善传感器输出信号的质量。为了使传感器在其工作腔长范围内的输出信号整体上具有尽可能好的对比度,采用最小均方误差法确定了反射光纤端面的最优反射率值,为F-P传感器制作中光纤端面反射率的确定提供了指导。

【总页数】3页(P15-16)

【关键词】物理光学;反射率优化;最小均方误差法;光纤F-P应变传感器

【作者】赵雷;陈伟民;章鹏

【作者单位】重庆大学光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室

【正文语种】中文

【中图分类】TP212

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光纤光栅传感器

光纤光栅光纤光栅是一种新型的光子器件，它是在光纤中建立起的一种空间周期性的折射率分布，可以改变和控制光在光纤中的传播行为。利用光纤材料的光敏性（外界入射光子和纤芯内锗离子相互作用引起折射率的永久性变化），在纤芯内形成空间相位光栅，作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的反射或透射的反射镜或滤波器。光纤光栅可与光纤完全兼容，不存在集成波导光栅与光纤的耦合问题。光纤光栅的出现，使许多复杂全光纤通信和传感网成为可能，极大的拓宽了光纤技术的应用范围。 3.3 光纤光栅传感器的工作原理 1989年Morey等人首先对光纤光栅的应力和温度传感特性进行了研究。应力影响由光弹效应导致折射率变化和形变使光纤光栅周期变化引起，温度影响由热光效应使有效折射率改变和热膨胀效应使光栅周期变化引起。光纤光栅传感器的工作原理是借助于某种装置将被测参量的变化转换为作用于光纤光栅上的应力或温度的变化，从而引起光纤光栅布拉格波长变化。由光纤光栅布拉格波长的变化测量出被测量的变化。即采用波长调制方式，将被测信息转化为特征波长的移动。实验测定，布拉格波长在1550nm附近的光纤光栅的应力和温度响应分别为1.2nm/με和1.0nm/。根据光纤耦合模理论，当宽带光在光纤布拉格光栅中传输时，产生模式耦合，满足布拉格条件的波长光被反射，于是有（3-1）式中：为导模的有效折射率，为光纤栅格周期。符合布拉格条件的反射光波长的移位为（3-2）3.3.1 温度响应当只考虑温度影响时，有（3-3）式中：为热膨胀系数，为热光系数。且有

（3-4）（3-5）对于掺锗石英光纤，取；的范围内，取，在时，取。 3.3.2 应变响应当只考虑应力影响时，有（3-6）式中：为轴向应变，是泊松比，p是光纤光栅应变灵敏度系数。对于掺锗石英光纤，p取0.22，则（3-7）实际应用中，是个很小的量，可以引入作为应变度量单位。 3.3.3 光纤光栅传感器性能指标传感器波长：FBG反射谱中的尖峰的中心波长，大多FBG传感系统工作在50nm （1520nm~1570nm）窗口范围内。传感器带宽：FBG反射谱中的尖峰下降3dB时对应的波长宽度。带宽越小，测量精度越高。实际的制作工艺可达到0.2nm~0.3nm之间，通常取0.25nm。反射率：返回测量系统的光功率占原始光功率的百分比，决定信号强度。边模抑制：决定信噪比。 3.3.4 光纤光栅传感器的特点光纤光栅与光纤之间存在固有的兼容性，很容易将多个光纤光栅串联在一根光纤上构成光纤光栅阵列，实现分布式传感。且具有抗腐蚀、抗电磁干扰、频带宽、重复性好、多只光栅时分、波分复用方便及波长编码方式不受光源功率波动和系统损耗影响等特点。波长编码保证了检测到的光频谱取决于光源和布拉格光栅的频谱，对电磁场以及布什加在光栅上的应力、温度等都不敏感。光纤光栅传感器使用于特殊结构的传感网络，如水坝寿命监测、桥梁缺陷监测、大型运输载体的复合材料在不破坏材料性质基础上对多种物理量的多点分布测量等。

光纤传感器的主要原理和应用概述

光纤传感器的主要原理和应用概述摘要：与其他类型的传感器相比，光纤传感器具有一些优势。这些优势基本上与光纤的特性有关，即体积小、重量轻、耐高温和高压、电磁无源等等。感应是通过探索光的特性来获得参数的测量，如温度、应变或角速度。本文提出了一个更广泛的概述，为读者提供了一个文献综述，描述了光学传感的主要原理，并强调了光学传感的多功能性、优势和不同的实际应用。 1、引言光纤技术的发展标志着全球通信技术的一个重要举措。上世纪70年代，低衰减光纤的出现使高带宽长距通信成为可能[1]。自此以来，产量持续增长，到21世纪初，光纤已经迅速地安装在世界各地[2]。光纤技术的发展也使完全在光纤中进行光学处理的设备得以发展，减少了插入损耗，提高了处理质量[3]。促成光纤技术全面迁移的一个因素是对光敏光纤的鉴定。这一发现是由Hill等人在1978年做出的[4]，并导致了光学纤维布拉格光栅（FBG）的发展。在关注和使用光通信的同时，布拉格光栅在光纤传感器中也获得了突出的地位，因为它在不同的传感应用中具有多功能性[5]。一些市场应用领域，如航空[6]、航天[7]、土木工程[8]和生物[9]或环境监测[10]，已经吸取了这种技术的优点使得行业快速发展。光纤为许多类型的应用和环境提供高性能信息传输解决方案。光纤传感器可以利用引导光的一个或几个光学参数，如强度、相位、偏振和波长来改变传感器的设计性能和应用场景。与此同时，光纤可以提供双重功能：通过改变光纤传播的光的特性来测量几个参数；作为一个通信通道，减少了一个额外的专用通信通道，从而提供了一个与所有其他传感技术所不具备的独特优势。光纤传感器是电磁学上的无源之物。这一特性非常重要，因为它允许在其他类型的传感器无法布局的地方使用。例如，在有爆炸危险的高电场和可变电场环境中。此外，作为光纤基本传导材料的二氧化硅化合物对大多数化学和生物制剂

光纤传感器实验

实验5—5 光纤传感器实验人类进人21世纪，信息传递的方式也在悄然改变。从两根电线传输一路电话到一根光纤传输几十、几百路电话，从海底电缆到欧亚光缆，光纤传递光信息的优点是显而易见的。光在光纤中不断地被全反射传输，免受大气的干扰、散射，衰减大大减少，从而实现上百公里的远距离传输而不需要中间放大器。光纤在信息传输中的应用已为人们所熟知，但将光纤用作传感器却了解不多，该实验将介绍反射式光纤位移传感器，增强对光纤传感器的了解。光纤传感器是一种新型传感器，随着其技术的日益发展，应用越来越广泛。光纤传感器的机理是外界物理量的变化导致光纤参数的相应改变，例如应力或温度变化时，会引起光纤长度和折射率的变化，从而形成光纤应变或温度传感器。光纤传感器具有许多优点：重量轻、灵敏度较高；几何形状具有多方面的适应性，可以制成任意形状的光纤传感器；耐高温、耐化学腐蚀、耐水性好，还能高速率和大容量传输测得的信息，便于测试自动化和远距离传输；光纤传感器可以用于高压、电气、噪音、高温、腐蚀或其他的恶劣环境，并可实现非破坏和非接触测量，而且具有与光纤遥感技术的内在相容性。目前，正在研制中的光纤传感器有磁、声、压力、温度、加速度、陀螺、位移、液面、转矩、光声、电流和压变等类型的光纤传感器。【实验目的】 1.了解光纤、光纤传感器的基本概念。 2.了解反射式光纤位移传感器的基本原理。 3.测量并绘出输出电压与位移特性曲线。 4.了解利用反射式光纤位移传感器测量转盘转速和振动频率的工作原理。【实验原理】Array 1.光纤的基本知识 1)光纤的基本结构光纤（Optic Fiber）是光导纤维的简称，一般由纤芯、包层、涂敷层与护套构成，是一种多层介质结构的对称性柱体光学纤维。光纤的一般结构如图5-5-1所示。纤芯和包层为光纤结构的主体，对光波的传播起着决定性作用，其中纤芯是光密媒质，包层是光疏媒质。涂敷层与护套则主要用于隔离杂散光，提高光纤强度，保护光纤。在特殊应用场合不加涂敷层与护套，为裸体光纤，简称裸纤。根据纤芯与包层的光学折射率沿光纤径向分布不同，光纤又可分为阶跃折射率光纤和渐

基于FBG F-P的全光纤井下声波传感器

基于FBG F-P的全光纤井下声波传感器朱秀英;代志勇;窦金林;邓胜强;杨留强;衣贵涛【摘要】研究了应用于油井井下流噪声探测的FBG F-P干涉仪.结合空气腔芯轴耦合的高灵敏度全光纤声波传感器,光纤FBG F-P干涉仪设计为弱反射的长腔长结构,以提高传感器声压相移灵敏度;对空气腔芯轴内外层骨架材料优化选取,结合质量控制改善其固有频率,提高传感器的频率响应特性.实验结果表明,传感器探测灵敏度约为-147 dB,频率响应范围50 Hz～20 kHz.传感器为全光纤结构,进行耐压与防水封装后,能满足高温高压井测量工作环境的应用要求. 【期刊名称】《测井技术》【年(卷),期】2015(039)004 【总页数】4页(P474-477) 【关键词】生产测井;声波测井;声波传感器;光纤传感器;频率响应;高温高压【作者】朱秀英;代志勇;窦金林;邓胜强;杨留强;衣贵涛【作者单位】中国石油长城钻探工程有限公司测井公司,辽宁盘锦124011;电子科技大学光电信息学院,四川成都610054;电子科技大学光电信息学院,四川成都610054;电子科技大学光电信息学院,四川成都610054;中国石油长城钻探工程有限公司测井公司,辽宁盘锦124011;中国石油长城钻探工程有限公司测井公司,辽宁盘锦124011 【正文语种】中文【中图分类】P631.84

0 引言声波变密度测井在石油工程中的应用越来越广泛,但仍处于不断的技术革新与发展中。在探测声波频段上,除目前使用固定声源频率(18 kHz)的声波变密度测井外,已逐步提出了无源流噪声测井的应用需求。在测井应用中,一方面需要通过增加声波接收探头数量以提高测量数据的冗余度、改善声波测井信息的可靠性;另一方面则应提高声波探测的径向深度与轴向分辨率。这些应用对声波探测器的探测灵敏度、多探头复用、体积以及可靠性等都提出更高的要求。光纤传感器具有体积小、灵敏度高、多传感头可复用、抗电磁干扰等显著优势,能在高温、高压、强电磁干扰等恶劣环境下长期工作[1-3]。将其应用于声波测井,将有利于提高声波探测的径向深度与轴向测量分辨率,并且能设计出超细线阵,实现多探测头阵列探测,提高声波测井数据的冗余度,改善声波测井的可靠性。尽管光纤水听器已是比较成熟的光纤声波传感器,但其探测频率范围为50 Hz～3 kHz。因此光纤声波传感器要应用于声波测井,尚需改善其频率响应特性,并进行耐高温高压结构设计。本文提出并研制了一种光纤FBG F-P干涉仪结合金属芯轴结构声压耦合的高灵敏度声波传感器。光纤FBG F-P标准具设计为弱反射长腔长结构,以提高传感器的声压相移灵敏度,改善探测灵敏度。进一步通过芯轴结构内外层骨架材料的优化选取,以及内层芯轴结构优化,降低其质量,提高芯轴结构的固有频率,改善传感器的频率响应特性。实验结果表明,传感器的探测灵敏度为-147 dB、频率响应范围为50 Hz～20 kHz能够实现井下流噪声信号的宽频带、高灵敏度探测。传感器光路为全光纤结构,适合油井井下测量的恶劣环境,通过进一步对外封装结构的设计,可以应用于声波测井中宽频带流噪声信号探测。 1 全光纤FBG F-P声敏感结构法布里-珀罗腔(F-P腔)对应变、温度具有敏感性,是高灵敏度光学传感器的常用结

光纤光栅传感器应变传递理论研究共3篇

光纤光栅传感器应变传递理论研究共 3篇光纤光栅传感器应变传递理论研究1 光纤光栅传感器是一种新兴的高灵敏度、高精度的非接触式传感器，在很多领域中得到了广泛应用。在本文中，我们将讨论光纤光栅传感器的应变传递理论研究。在绝大多数光纤光栅传感器的实现中，光纤光栅作为一种光学结构在光纤内部被刻写成周期性的衍射光栅，因此光的传输是通过衍射理论进行的。光纤光栅传感器的工作原理是基于光纤形变和光纤光栅结构的变化来感测外界的物理量。在应变传递理论研究中，我们需要探讨的主要问题是光纤光栅传感器的应变转换系数，即应变与光纤光栅传感信号之间的关系。应变转换系数是光纤光栅传感器的关键性能指标，它决定了传感器的灵敏度和准确度。我们可以通过光纤光栅传感器的结构以及材料力学的知识来推导出应变转换系数。光纤光栅传感器的光学结构对外界应变的响应主要是通过光纤的长度、折射率和传输矢量来实现的。因此，应变转换系数可以表示为： k=Δλ/Δε 其中k表示应变转换系数，Δλ表示光纤光栅传感信号的波长变化，Δε表示光纤的应变变化。我们可以通过光纤光栅传感器的特性方程来计算出光纤光栅传感信号

的波长变化，特性方程是一种描述光纤光栅色散特性的数学公式，可以通过高频反射光谱（即反射谱）来求出。在特性方程中，光纤传输矢量的分布、光写入方式、光纤参数以及环境温度等因素都会影响光纤光栅的特性方程，因此，特性方程需要对于每种传感器的具体情况进行计算。在实测中，我们可以通过将光纤光栅传感器固定在测量对象上，来获取光纤的应变变化。由此，我们可以得到光纤的长度应变，再通过计算来获取其他应变量。当然，在实测中，我们可能会受到许多干扰，如环境温度的变化、外力干扰的存在，这些因素都会对测量的准确度产生影响，我们需使用各种优化方法来进行干扰的去除或者减小。总的来说，光纤光栅传感器的应变传递理论研究是复杂又重要的。通过深入研究，我们可以更好的理解光纤光栅传感器的原理以及性能指标，从而设计出更为高效、精准的传感器。光纤光栅传感器应变传递理论研究2 光纤光栅传感器应变传递理论研究光纤光栅传感器是一种基于光栅原理的传感器，其主要用于测量物理量的变化，如应变、温度、压力等。在应变测量方面，光纤光栅传感器以其高精度、高灵敏度、不受电磁干扰等特点受到了广泛的关注和研究。本文将主要围绕光纤光栅传感器应变传递理论进行研究。首先，需要了解的是光纤光栅传感器的结构。通常，光纤光栅传感器由光纤和光栅构成，如图1所示。其中，光纤是一种传输光信号的介质，可以作为传感器的实体部分，而光栅则是一种结构，可以用来处理和衍射光信号。图1：光纤光栅传感器的结构

反卷积法提高光纤光栅传感器解调精度的分析

反卷积法提高光纤光栅传感器解调精度的分析曾喜娟【摘要】通过对反卷积的理论推导的介绍，实现对光纤光栅传感器Bragg波长移动的法布里一珀罗（F—P）腔解调精度的分析。把从F—P腔解调出来的、分辨率降低的光功率谱经过已知传感光栅的光功率谱进行反卷积运算，得到一个与被测光纤光栅光功率谱更为接近的光功率谱，使得被测信号得以恢复，从而提高光纤光栅波长位移测量精度。%The principle of deconvolution is deduced to analyze wavelengthshift detection of fiber Bragg grating sensor, then spectrum is demodulated from F- P cavity in low resolution, and is made deconvolution calculations with the known FBG＇s spectrum. We get a spectrum which is more approximate to the detected FBG＇ s, the detected signal is reconstructed, and the detection precision of wavelength shift is improved. 【期刊名称】《广东石油化工学院学报》【年(卷),期】2011(021)006 【总页数】3页(P38-40) 【关键词】反卷积;F—P腔;光纤光栅传感器【作者】曾喜娟【作者单位】黎明职业大学机电工程系,福建泉州362000 【正文语种】中文

基于光纤光栅传感器的应变测量原理及应用

基于光纤光栅传感器的应变测量原理及应用光纤光栅传感器是一种基于光纤的传感器，可以用于测量应变、温度、压力等物理量，广泛应用于工业、民用和科学研究领域。其中，应变测量是光纤光栅传感器的一个重要应用，下面我们将深入探讨基于光纤光栅传感器的应变测量原理及应用。一、应变测量原理应变是表征物体形变程度的物理量。在物体受到外力作用时，其原有的结构形态发生变化，长度或形状发生变化，这种变化称为应变。光纤光栅传感器的测量原理是利用光纤中的光栅作为敏感元件，通过测量光纤中的光信号的变化来测量物理量。在应变测量中，光纤光栅传感器的敏感元件是一段光纤，当光纤受到应变作用时，其长度或形状发生变化，导致光栅尺寸发生变化，从而改变了光的传播路径和波长。通过测量光纤传输的光信号的传播路径和波长变化，可以计算出应变的大小。二、应变测量应用

基于光纤光栅传感器的应变测量可以应用于多种场合，例如力学实验、结构监测、土木工程等。下面将重点介绍在土木工程中的应用。 1.桥梁监测桥梁是交通运输的重要组成部分，承担着极其重要的作用。然而，由于气候、车辆荷载、地震等因素的影响，桥梁可能会出现应变和形变。因此，桥梁的安全性和运行状态的监测是必不可少的。光纤光栅传感器可以用于桥梁监测，通过测量桥梁的应变来判断桥梁的安全状态。 2.隧道监测隧道是重要的公共基础设施，其长期使用会产生形变，引起隧道结构的损坏和病害。因此，隧道的监测也是必不可少的。光纤光栅传感器可以应用于隧道监测，通过测量隧道的应变来判断隧道结构的变形情况。

3.地质灾害监测地质灾害是城市建设和农业生产过程中的重要问题。地质灾害可能对人民生命财产造成严重的损失。因此，地质灾害的监测也是必不可少的。光纤光栅传感器可以应用于地质灾害监测，通过测量地质灾害发生区域的应变来判断灾害的发生情况和规模。 4.混凝土构件监测混凝土是建筑构件的常用材料。然而，混凝土在使用过程中会受到外界环境的影响，出现应变和形变。而且，混凝土的损坏情况不是很容易被发现。因此，混凝土构件的监测也是必不可少的。光纤光栅传感器可以应用于混凝土构件的监测，通过测量混凝土的应变来判断混凝土结构的变形情况和损坏情况。 5.地下管线监测地下管线是城市的重要基础设施之一，其长期使用会产生应变和破损。因此，地下管线的监测也是必不可少的。光纤光栅传感

光纤传感器的应用与发展趋势

光纤传感器的应用与发展趋势随着科技的不断发展，光纤传感器（Optical Fiber Sensor，OFS）已经成为了各种工业应用中不可或缺的技术。光纤传感器是一种基于光波导原理的传感技术，其核心是利用光纤作为传感器来检测物理量的变化，如压力、温度、振动、应力等。一、光纤传感器的基本原理在光纤传感器中，光纤作为传感器的中心部件。通过引导光线在光纤内部反射反射，光信号可以传递无限长的距离。当物理量发生变化时，如温度、压力、应力、形变等，会影响光线在光纤内的传播方式，从而改变光的强度、频率、相位等，这些变化被传感器捕捉并转化为电信号，最终被记录和分析。二、光纤传感器的应用领域光纤传感器在许多工业领域中具有广泛的应用前景，其优点在于： 1. 高灵敏度：响应速度快、精度高，通常可以检测当地物理量。 2. 长工作距离：信号可以在几千公里的光纤中进行传输，使其适用于大范围的应用。 3. 抗干扰能力强：因为基于光传输，光纤传感器不像电传感器一样受到电磁干扰的影响。 4. 可持续发展：光纤传感器不需要外部电源，而且非常节能。基于这些优点，光纤传感器在下列领域中得到了极广泛的使用： 1. 石油和天然气开采：在石油和天然气生产中，光纤传感器被广泛用于监测井下环境、油管、泵浦、高压容器等，在提高生产效率的同时保证了生产安全。

2. 航空航天：在机械、车辆和飞机的性能评估和监测方面，光纤传感器可以检测复杂的机械振动、温度、应力和机体变形变化。 3. 光学通讯：光纤传感器在光学通讯中被广泛用于测量光纤系数、反射率和损耗等参数的变化。. 4. 医疗设备：光纤传感器可以被应用于医疗设备，如结肠镜、心脏起搏器和血液监测装置。在医疗检测领域，光纤传感器以其独特的优点，如劣化损耗和高灵敏度，可以提供精确、可再现和非侵入性的锁定。三、光纤传感器的发展趋势尽管光纤传感器在应用领域中取得了巨大的成功，但是仍然存在一些挑战和发展机会。未来光纤传感器的发展趋势包括以下几点： 1. 集成化设计：未来光纤传感器将更加方便集成在各种机械设备中，并且集成设计可大大提高其可靠性和性能。 2. 功能扩展：除了可以测量温度、压力、应力、形变等物理量外，未来光纤传感器还将解决对空气、水质、化学物质等的检测需求。 3. 全球扩散趋势：光纤传感器在发达国家的应用已经很普遍，但在一些发展中国家和地区，使用方式还比较稀少。未来，光纤传感器将不断扩大其应用范围，将更多地投向发展中国家和地区。总之，光纤传感器作为一项新兴的技术，一直在继续发展和完善。在未来的应用领域中，它将为更多的行业和领域提供更广泛的解决方案，以增加效率、降低成本和提高可靠性。

光纤应变传感器应变测量精度测试标准

光纤应变传感器应变测量精度测试标准光纤应变传感器是一种利用光纤的光学特性来实现应变测量的高精度传感器。它能够实现非接触式、远距离和实时监测，具有抗电磁干扰、耐腐蚀和易于安装等优点，因此在结构健康监测、地质灾害预警、航空航天等领域有着广泛的应用前景。然而，光纤应变传感器的应变测量精度直接影响着其在实际工程中的可靠性和准确性，因此有必要制定相应的测试标准来评估其性能。在进行光纤应变传感器应变测量精度测试标准制定之前，我们首先需要了解光纤应变传感器的工作原理以及影响其应变测量精度的因素。光纤应变传感器是基于光纤的光学干涉原理来实现应变测量的，当光纤受到外部应变作用时，其长度和折射率发生变化，导致光的相位发生变化，进而影响干涉信号的参数，从而实现应变测量。影响光纤应变传感器应变测量精度的因素主要包括光纤的材料和结构、光纤传感器的安装方式、温度和湿度的变化等。为了评估光纤应变传感器的应变测量精度，有必要制定相应的测试标准。应当制定光纤应变传感器的基本性能测试标准，包括灵敏度、线性度、分辨率、重复性等参数的测试方法和要求。还应当考虑光纤应变传感器在不同工作条件下的性能测试标准，包括温度、湿度、振动等环境因素对应变测量精度的影响。还需制定光纤应变传感器在实际工程中的性能验证测试标准，包括安装方式、外部干扰、长期稳定性

等因素的考量。光纤应变传感器应变测量精度测试标准的制定应该是一个不断探索和完善的过程。随着光纤应变传感器技术的不断发展和应用领域的不断拓展，对其性能的要求也将不断提高。测试标准需要与时俱进，不断更新和完善，以确保光纤应变传感器在不同工程应用中能够实现准确、可靠的应变测量。总结回顾通过对光纤应变传感器应变测量精度测试标准的探讨，我们了解了光纤应变传感器的工作原理，以及影响其应变测量精度的因素。在制定测试标准时，需要考虑到光纤应变传感器的基本性能、不同工作条件下的性能以及实际工程应用中的性能验证。制定测试标准是一个不断探索和完善的过程，需要与光纤应变传感器技术的发展和应用需求相结合，不断更新和完善。个人观点和理解在制定光纤应变传感器应变测量精度测试标准时，需要全面考虑光纤应变传感器的工作原理和影响其性能的因素，以便能够准确、全面地评估其应变测量精度。需要与光纤应变传感器技术的发展和实际工程应用需求相结合，及时更新和完善测试标准，以确保光纤应变传感器

保偏微结构光纤光栅F-P腔折射率传感特性分析

保偏微结构光纤光栅F-P腔折射率传感特性分析郭璇;毕卫红;刘丰【摘要】To enhance the stability of the fiber grating refractive index sensor and increase the grating reflectivity, the Polarization Maintaining Microstructured Optical Fiber (PM-MOF) grating Fabry-Perot (F-P) cavity is proposed. Based on Finite Element Method (FEM) and Transfer Matrix Method (TMM), the refractive index sensing characteristics of the sensor is analyzed. The relationship between the refractive index and resonant wavelength difference is simulated. Moreover, the dependence of the reflection spectrum on the center big holes size and the F-P cavity length is studied. Since two polarization modes respond similarly to the outside perturbation, the fiber possesses high stability. Based on the interference, the reflectivity is enhanced obviously, and almost remains unchanged as the analyte refractive index increasing. It is beneficial for the detection. The results provide the theoretical basis for the application of PM-MOF grating in the optical fiber refractive index sensor and the optical fiber label-free biosensing.%针对提高光纤光栅折射率传感器抗干扰能力以及增加反射率的需求,本文提出了一种基于Fabry-Perot腔的保偏微结构光纤(PM-MOF)布拉格光栅折射率传感器.根据传榆矩阵法和有限元方法,分析了微结构光纤光栅F-P腔中被测物折射率与F-P腔反射谱中两个偏振模谐振波长差的关系,在此基础上讨论了中心孔直径、F-P腔长度等参数对传输特性的影响.研究结果表明,随着空气孔中填充物折射率的增加,保偏微结构光纤光栅F-P腔的两个偏振态的谐振波长差将逐渐减小；F-P腔的干涉作用使反射率较单个光栅有很大提高,便于长距离传输和实时解调；

基于油封方法的光纤FP温度传感器增敏技术研究

基于油封方法的光纤FP温度传感器增敏技术研究谷瑾瑜;全磊;刘晋荣;王冠军【摘要】为了有效提升二氧化硅基底光纤温度传感器的温度灵敏度特性,通过膨胀辅助放电方法形成端部呈微泡结构的光纤Fabry-Perot温度传感器,并对传感器外表面进行镀铬与金膜处理,然后将传感器密封在一个充满硅油的中空圆柱金属体中.由于微泡结构膜层对外界压强比较敏感,所以通过油封方法可有效地将传感器的压强灵敏度特性转化温度增敏效果.实验结果表明,在30~90 ℃温度变化范围内,油封前后的传感器温度灵敏度分别为6 pm/℃和36 pm/℃,表明该方法可实现6倍以上的灵敏度增强效果.本文结果对发展新型高灵敏度光纤温度传感器具有一定的参考价值.%In order to improve the sensibility of fiber temperature sensor with silicon dioxide substrate,a novel optical fiber temperature sensor was presented based on the Fabry-Perot (FP)interference of fiber microbubble structure.The improvement is that a silica microbubble with ultrathin film is fabricated and then fused with sin-gle mode fiber by a commerical fusion splicer.And FP interference is formed between the endface of fiber and bubble.Besides,the outside of microbubble is successively coated with Cr film and Au film respectively for iso-lating the outer influence on interference spectrum.Finally,such sensor structure is sealed in a hollow cylinder metal by silicone oil.As the expansion and contraction of silicone oil is related with the outer temperature and easy to influence the deformation of microbubble due to the ultrathin silica film,such sensor structure could be used for temperature measurement with high sensitivity.Our experiment results show that the peak value of in-terference

光纤Fabry-Perot干涉型传感器研究进展

光纤Fabry-Perot干涉型传感器研究进展陈松;杨秀峰;童峥嵘;曹晔【摘要】简单介绍了光纤F-P传感器的工作原理,然后根据光纤F-P传感探头的制作方法进行分类,从传感特性的角度阐述了当前F-P传感器的研究方向和现状,最后给出了其发展趋势.%Introduced the main principles of fiber-optic F-P sensor and then make classification according to the optical fiber F-P sensing probe's fabrication method and review the latest research progresses of fiber-optic F-P sensor in terms of sensing features. Furthermore, the developing trend is proposed. 【期刊名称】《光通信技术》【年(卷),期】2012(036)005 【总页数】3页(P28-30) 【关键词】光纤传感器;光纤F-P传感探头;应变;温度;制作方法【作者】陈松;杨秀峰;童峥嵘;曹晔【作者单位】天津理工大学薄膜电子与通信器件重点实验室及智能计算及软件新技术重点实验室,天津300384;天津理工大学薄膜电子与通信器件重点实验室及智能计算及软件新技术重点实验室,天津300384;天津理工大学薄膜电子与通信器件重点实验室及智能计算及软件新技术重点实验室,天津300384;天津理工大学薄膜电子与通信器件重点实验室及智能计算及软件新技术重点实验室,天津300384 【正文语种】中文

F-P腔光纤传感器研究

F-P腔光纤传感器研究黄旭光;黄义文【摘要】文章综述了作者研究组关于F-P腔光纤干涉型传感器多参数测量的研究进展.在单模光纤与薄膜或空气间隙等构成的法布里-珀罗腔结构基础上,分别提出基于F-P腔干涉和基于F-P腔调制菲涅尔反射的温度、液体和固体折射率光纤传感器.理论分析和实验均证明,温度的变化可转化为干涉光谱波峰或波谷中心波长的偏移测量,通过干涉光谱的条纹反衬度可解调出液体或固体折射率.光纤干涉型传感技术可拓展其它功能,是高端领域传感测量的发展方向. 【期刊名称】《华南师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(048)006 【总页数】7页(P50-56) 【关键词】光纤干涉型;F-P腔;条纹反衬度;波长偏移【作者】黄旭光;黄义文【作者单位】华南师范大学信息光电子科技学院,广州特种光纤光子器件与应用重点实验室∥广东高校特种功能光纤工程技术研究中心∥广东省微结构功能光纤与器件工程技术研究中心,广州510006;华南师范大学信息光电子科技学院,广州特种光纤光子器件与应用重点实验室∥广东高校特种功能光纤工程技术研究中心∥广东省微结构功能光纤与器件工程技术研究中心,广州510006 【正文语种】中文【中图分类】O436.1

随着科学技术的飞速发展，基础科学研究、工业生产、环境检测等诸多领域对传感技术的要求越来越高. 温度、折射率等参数的测量几乎涉及现代科学的各个领域，因此，能准确快速测量出这些参数非常重要.光纤传感由于具有强的抗电磁干扰、恶劣环境耐用性、高精度、快速响应和远程在线等优点[1]，是科学研究、工业生产、食品加工、环境检测等众多领域传感测量的重要发展方向. 干涉结构已被成功地用作光学传感器的温度、应变、压力测量和位移的测量[2-5]. 目前已有多种技术用于温度测量，如谐振器数字温度传感器、硅晶薄膜光纤传感器、光纤光栅温度传感器[6]等. 法布里-珀罗(Fabry-Perot，F-P)腔光纤传感技术属于干涉型光纤传感技术的其中一种. CHOI等[7]设计了一种微型混合结构的F-P腔光纤传感器用于温度测量. WEI等[8]证明了基于飞秒激光器调制的开放型F-P腔的折射率传感器，具有可靠性高、温度不敏感等优点，但随着F-P腔沉积物增多，其性能将大大下降. RAN等[9]在单模光纤端面加入密闭的F-P腔用作信号调制器，研究出一种不受温度干扰的液体折射率传感器，通过测量干涉条纹最大对比度获得液体折射率. 此外，用于液体折射率测量的技术包括基于波长移动的表面等离子体共振法[10-12]、光纤光栅传感技术[13]等. 对于固体折射率的测量，最小偏差法[14]、折射法和椭圆偏振法常用于光学玻璃折射率的测量[15]. 基于棱镜干涉仪的玻璃折射率测量技术可提供较高的精度[16]，但需将待测样品加工成棱镜形状. 也有基于F-P腔干涉法测量透明固体折射率[17-18]，但传感器采用非光纤技术，设备结构较复杂笨重. 本文综述了本研究组基于光纤端面菲涅耳反射形成的F-P腔调制的多种光纤传感器的研究进展，分别讨论了F-P腔干涉型光纤传感器在液体折射率、环境温度和固体折射率测量应用中的所采用的具体结构、工作原理和实验结果. 基于F-P腔干涉调制的光纤液体折射率传感器的光纤端面传感头结构如图1A所示. 薄膜是一层以SU-8光刻胶为原料、采用旋涂法制成的有机薄膜，其折射率约为

光纤F_P腔压力传感器的研究进展

o i 光纤 F-P 腔压力传感器的研究进展韩冰，高超 ( 中航工业北京长城计量测试技术研究所，北京 100095) 摘要: 光纤 F-P 腔压力传感器因其独有的优点广泛应用于军事、民用领域。国内外诸多高校、科研院所都在对其进行研究。本文介绍了光纤 F-P 腔压力传感器的研究进展，对全光纤结构 F-P 压力传感器、激光加工微型光纤压力传感器、二氧化硅膜片压力传感器的结构和制作过程进行了总结，并对利用 MEMS 制作压力传感器的工艺进行了详述，对比分析了不同加工工艺下传感器的性能及其优缺点。关键词: 光纤压力传感器; Fabry-perot 腔; MEMS 工艺中图分类号: TP212 文献标识码: A 文章编号: 1674 － 5795 ( 2012) 02 － 0005 － 06 Research Progress of Optical Fiber Type Fabry-perot Pressure Sensor HAN Bing ，GAO Chao ( Changcheng Institute of Metrology ＆ Measurement ，Beijing 100095，China) A b s t r a c t : T he Fabr y -per o t ( F -P ) ca v it y pressure sens o r has been w idel y used in m ilitar y and ci v il f ields. It is researched b y m an y d o m es - tic o r f o rei g n uni v ersities and research institutes. T he research pr og ress o f the o ptical f iber t y pe F -P pressure sens o r is intr o duced ，and the struc - tures and m anu f acturin g pr o cesses o f F -P pressure sens o r ，the laser pr o cessin g m iniature f ibre -o ptical pressure sens o r and the f ull o ptical f iber structure silic o n diaphra g m pressure sens o r are su mm ari z ed. T he techn o l ogy o f usin g M E M S t o pr o duce pressure sens o r is described in detail. T he sens o r per f o r m ance and its ad v anta g es and disad v anta g es in di ff erent pr o cessin g techn o l ogy are c o m pared and anal yz ed. Key words : optical fiber pressure sensor; Fabry-perot cavity; MEMS technology 0 引言光纤传感器技术起步于上世纪 70 年代末，是伴随着光纤通讯技术的发展而发展起来的，由于其具有信号不受电磁场干扰、绝缘性高、防爆性好等诸多优点［1 － 2］，目前在民用和军事领域都有着越来越广泛的应用前景。例如，在医学领域，利用光纤压力传感器进行颅压、胸压、腹压等的测量可以最大限度地减小患者手术的风险; 而在进行断层扫描 ( CT) 及核磁共振 ( NMR) 时，它依旧可以准确地测量病患部位的压力，突出了其抗电磁干扰的特性。本文以传感器的加工工艺、结构为重点，综述了几种常用的 F-P 腔光纤压力传感器结构及其制作技术。 1 光纤 F-P 腔压力传感器原理光纤 F-P 腔，这样就形成了光纤 F-P 腔传感器。图 1 光纤 F-P 腔压力传感器结构示意图当传感头受到外界均匀分布的压力时，其腔体轴向变形表达式［1］为 ΔPlr 2 Δl = o E ( r 1 － r 2 ) ( 1 － 2μ) ( 1) 光纤 F-P 腔压力传感器的基本结构示意图如图 1 所示，将两根光纤的端面作为反射面，使两光纤端面严格平行、同轴，与中空光纤形成一个腔长为 l 的密封收稿日期: 2012 － 01 － 09; 收修改稿日期: 2012 － 01 － 16 作者简介: 韩冰 ( 1983 － ) ，助理工程师，硕士，从事与计量、测试相关的工作。式中: ΔP 为腔体内外压强差; l 是腔体长度; r i ，r o 分别是腔体内、外半径; E 为腔体材料的杨氏模量; μ 为泊松比。当腔体长度 l 一定时，其变形量与所受的压强成正比，而腔体长度的变化影响到光纤内入射光与反射光的光程差，利用光电探测器等即可实现对光信号的解