重庆大学 光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044
提出了一种基于聚合物微球腔的温度传感器，该温度传感器利用微球腔谐振波长漂移量测量外界环境温度变化量，兼具结构紧凑和高度灵敏的特点。首先利用有限时域差分法对拉锥光纤耦合聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球的谐振结构进行了仿真分析，验证了拉锥光纤激发聚合物微球腔中回音壁模式的可行性。实验结果表明，束腰直径为1.8 µm的拉锥光纤与直径为数十微米的聚合物微球之间通过消逝场耦合的方式能够激发品质因子为104量级的回音壁模式。利用点式封装和全包裹封装相结合的方式将拉锥光纤和聚合物微球封装一体，一方面可保持两者之间稳定的耦合状态，另一方面保护拉锥光纤和微球腔免受外界污染。由于聚合物微球腔的负热光系数大于其热膨胀系数，其谐振光谱随外界温度降低发生红移。当外界环境温度在20~30 ℃范围内变化时，聚合物微球腔温度灵敏度为68 pm/℃。与传统光纤温度传感器相比，该传感器的高品质因子使其具有更低的探测极限，在受限空间内的原位温度精密测量中具有潜在的应用前景。
温度传感器 微腔 回音壁模式 聚合物 temperature sensor microcavity whispering gallery mode polymer 红外与激光工程
2022, 51(10): 20220535
1 西安科技大学 通信与信息工程学院, 陕西 西安 710054
2 西安科技大学 能源学院, 陕西 西安 710054
矿井环境粉尘浓度的测量与治理一直是采矿行业安全发展的一项难题。为了实现对井下场所粉尘浓度安全、实时地监测, 研究采用内腔式循环系统获得实验粉尘的空间均匀分布, 采用双光路光纤差分测量法解决探测窗口表面的落尘问题。以玉米粉为研究对象, 注入5种不同粉尘质量, 通过计算粉尘质量浓度与衰减系数之间的比例系数, 校准获得粉尘质量浓度的测量值, 测量结果与理想计算粉尘质量浓度曲线基本吻合。研究发现, 双光路光纤差分测量法可有效解决探测器表面的落尘问题, 可为矿井环境粉尘浓度光纤监测技术的工程应用提供参考。
传感器技术 粉尘浓度 双光路 差分法 sensor technology dust concentration two-optical path differential method
1 太原理工大学 信息工程学院, 太原 030024
2 太原理工大学 大数据学院, 太原 030024
为了最大限度地保留多光谱图像的光谱特性和全色图像的空间细节, 提出基于最小Hausdorff距离和非下采样剪切波变换(NSST)的遥感图像融合方法.首先, 将原多光谱图像进行主成分分析(PCA)获得其第一主分量, 选择NSST对第一主分量和全色图像分别进行分解, 得到相应的低频子带系数和高频子带系数.其次, 对低频子带系数采用基于稀疏表示的融合策略, 稀疏系数与区域空间频率相结合, 根据区域空间频率选择权值, 对稀疏系数进行加权; 对于高频子带系数充分考虑其邻域系数相关性, 提出采用最小Hausdorff距离表征相应区域相关性, 根据相关性不同采用不同的融合策略.最后, 对融合系数进行NSST逆变换得到融合后的第一主分量, 再将新的第一主分量与其他高阶主分量进行PCA逆变换得到融合图像.选择三组QuickBird卫星图像和一组SPOT卫星图像进行测试, 与传统的融合策略算法相比, 本文方法获得的融合结果客观评价指标更优, 且主观视觉效果更好.
遥感图像融合 最小Hausdorff距离 非下采样剪切波变换 主成分分析 稀疏表示 Remote sensing image fusion Minimum Hausdorff distance Nonsubsampled Shearlet transform Principal component analysis Sparse representation
Author Affiliations
Abstract
1 Key Lab of Advanced Transducers and Intelligent Control Systems, Ministry of Education and Shanxi Province, Taiyuan 030024, China
2 Institute of Optoelectronic Engineering, College of Physics & Optoelectronics, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China
3 Fiber Optics Group, Department of Physics, University of Ottawa, Ottawa K1N 6N5, Canada
To obtain high spatial resolution over a long sensing distance in Brillouin optical correlation domain reflectometry (BOCDR), a broad laser spectrum and high pump power are used to improve the signal-to-noise ratio (SNR). In this Letter, we use a noise-modulated laser to study the variation of the Brillouin spectrum bandwidth and its impact on the coherent length of BOCDR quantitatively. The result shows that the best spatial resolution (lowest coherent length) is achieved by the lowest pump power with the highest noise-modulation spectrum. Temperature-induced changes in the Brillouin frequency shift along a 253.1 m fiber are demonstrated with a 19 cm spatial resolution.
060.2370 Fiber optics sensors 060.4080 Modulation 120.5820 Scattering measurements Chinese Optics Letters
2017, 15(8): 080603
Author Affiliations
Abstract
1 Key Lab of Advanced Transducers and Intelligent Control System, Ministry of Education and Shanxi Province, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China
2 Institute of Optoelectronic Engineering, College of Physics and Optoelectronics, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China
We propose and demonstrate a scheme to measure the distribution of temperature along an optical fiber based on pseudo-random sequence modulation. In our experimental work, current modulation with a pseudo-random bit sequence (PRBS) is applied to a laser diode that serves as the Brillouin pump light and reference light. Because of the independence of the spatial resolution on the PRBS length, the measurement range can be extended while maintaining high spatial resolution using a long PRBS length. Temperature-induced changes in a Brillouin frequency shift of 250 m fiber sections are clearly observed with 54 cm spatial resolution by this method.
060.2370 Fiber optics sensors 060.4080 Modulation 120.5820 Scattering measurements 290.5830 Scattering, Brillouin Chinese Optics Letters
2015, 13(8): 080604
1 太原理工大学 新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室,太原 030024
2 太原理工大学 物理与光电工程学院 光电工程研究所,太原 030024
根据光纤布里渊频移量随温度变化的特性,提出一种基于布里渊光相干反射技术的分布式光纤温度传感器.利用噪声信号的无周期特性,采用高斯白噪声信号对系统的光源进行电流调制,克服了现有布里渊光相干反射技术无法同时兼顾传感距离和空间分辨率的问题.实验研究表明,该传感器在253m的普通单模光纤上实现了分布式温度测量,获得了54.6cm的空间分辨率和±1.07℃的温度测量准确度.
光纤传感器 布里渊散射 高斯噪声 调制 温度传感 Optical sensors Brillouin scattering Gaussian noise Modulation Temperature sensor 光子学报
2015, 44(10): 1006004
为了实现光纤光栅传感器对基体表面应变的准确监测，以基片式光纤布拉格光栅(FBG)传感器为研究对象，推导了基片式FBG应变传感器所测应变与基体应变之间的关系，即应变传递系数表达式。实验上，将实验室封装的铜基片式应变传感器黏贴在圆柱形试件上，测定了该传感器的应变传递系数。结果表明，理论所得的应变传递系数与实验所测的应变传递系数之间的误差很小，证明了应变传递系数推导的合理性，为基片式传感器的封装和使用提供了理论指导。
光纤光学 基片式光纤光栅传感器 应变传递 传感器封装 激光与光电子学进展
2014, 51(1): 010601
1 西安科技大学能源学院, 陕西 西安 710054
2 教育部西部矿井开采与灾害防治重点实验室, 陕西 西安 710054
3 兖州煤业股份有限公司, 山东 邹城 273500
为了监测松散地层沉降变形, 提出了一种用于钻孔中植入式光纤Bragg光栅传感器(FBG)的结构和传感网络系统。基于室内实验结果, 给出了用于岩层变形检测的传感光栅波长带宽为6 nm, 分析了多点传感信号分辨因子, 由光源带宽决定的测试系统最大实际复用能力为6个传感器。设计并实现了一个由18个光纤光栅组成的具有特色的光纤Bragg光栅波分复用/空分复用混合阵列。工程实践表明, 光纤光栅传感系统采用双回路布置, 可提高系统下放后光纤光栅传感器的成活率。
光纤光学 岩层变形 多点传感 光纤光栅传感器 监测
