中国船舶重工集团公司第七一八研究所，河北 邯郸 056027
我国针对环境空气颗粒物污染治理的政策日益严格。为解决工业现场长期测量稳定性的问题，国内外研究者提出采用鞘流结构来制约颗粒物重叠和光腔污染的方案。从光腔结构、质量浓度计算方法和气路结构三方面入手，对传感器的测量精度和抗污染性进行优化。基于光学追迹，对光腔结构进行模拟，以实现散射光的最佳收集效果；通过修正特征参数，降低传感器的测量误差；设计简易内循环模式的鞘气保护结构，降低由颗粒重叠导致的测量误差并对光腔进行保护；研究上述结构下气体流速对总尘浓度（TSP）、PM10和PM2.5检测结果的影响，设置最优的气泵流量。实验结果表明，得到了高稳定性的气溶胶浓度传感器，可同时测量TSP、PM10和PM2.5的质量浓度，测量误差小于±5%。
传感器 光散射法 颗粒物浓度传感器 稳定性 鞘气保护 质量浓度计算方法 激光与光电子学进展
2021, 58(21): 2128002
1 南昌工程学院机械与电气工程学院, 江西省精密驱动与控制重点实验室, 江西 南昌 330099
2 南昌大学机电工程学院, 江西省机器人与焊接自动化重点实验室, 江西 南昌 330031
微纳光纤布拉格光栅(MNFBG)的强倏逝场传输和波长选择的光学特性使MNFBG对周围介质折射率与浓度的变化具有较高的灵敏度和可靠性。阐述了MNFBG的制备方法,并分析了MNFBG折射率与浓度传感原理。对MNFBG应用于折射率与浓度传感的研究进展进行了综述。总结了提高MNFBG折射率与浓度传感灵敏度的方法,分析了目前MNFBG研究存在的问题,展望了MNFBG折射率与浓度传感器的发展方向。
光纤光学 光纤传感器 微纳光纤布拉格光栅 折射率传感 浓度传感 激光与光电子学进展
2018, 55(12): 120010
张雯 1,2,3刘小龙 1,2,3何巍 1,2,3娄小平 1,2,3祝连庆 1,2,3
1 北京信息科技大学 光电信息与仪器北京市工程研究中心, 北京100016
2 现代测控技术教育部重点实验室, 北京100192
3 北京信息科技大学 光电测试技术北京市重点实验室, 北京100192
研究了长周期光纤光栅( LPFG)级联布拉格光纤光栅(FBG)结构的温度及浓度传感特性。利用飞秒激光直写制作LPFG并级联FBG, 且FBG波谷位于1 551.9 nm, LPFG波谷位置为1 560.5 nm。在30~50 ℃温度变化范围内对传感器温度特性进行测试, 并在25 ℃超净环境下对浓度为3%~30%的葡萄糖溶液进行敏感性测试。实验结果表明: 升温过程FBG中心波长发生红移, 灵敏度26.36 pm/℃, 线性度0.950 8; LPFG中心波长发生蓝移, 灵敏度-24.55 pm/℃, 线性度0.914 2。降温过程FBG中心波长发生蓝移, 灵敏度25.00 pm/℃, 线性度0.945 8; LPFG中心波长发生红移, 灵敏度为-21.82 pm/℃, 线性度0.921 2。FBG对浓度变化不敏感, 当浓度由3%增至30%时, LPFG中心波长发生蓝移, 灵敏度196.36 pm, 线性度0.956 5。结果表明该光纤传感器灵敏度高, 线性度好, 可以同时动态实现温度和浓度的测量。
飞秒激光加工 双参数测量 温度传感特性 浓度传感特性 long period fiber grating LPFG femtosecond laser micromachining FBG fiber Bragg grating dual-parameter measurements temperature sensing characterization concentration sensing characterization 红外与激光工程
2017, 46(9): 0917006
1 上海理工大学 a.医疗器械与食品学院
2 b.光电信息与计算机工程学院,上海 200093
3 上海理工大学b.光电信息与计算机工程学院,上海 200093
4 上海市现代光学系统重点实验室,上海 200093
5 日本东京农工大学 工学院应用化学系，日本 184-8588
提出并实施了一种实验推定离子交换单模条波导折射率分布的新方法，给出扩散系数可用常量等效的离子交换条件，导出了条波导离子交换制备过程的两维扩散方程的一般解，拟合推定了离子交换条波导的折射率分布.多波长测试的折射率色散通过引入玻璃色散关系解决，样品测试中表征导模吸收损耗的传播常量虚部由KK变换确定.在此基础上，试制了光纤-条波导-光纤一体化传感器结构，验证实测了多种不同浓度的葡萄糖溶液，最低检测限为0.1 μM，实现了低浓度微量测试，验证了条波导传感机制的有效性.
集成光学 条波导 溶液浓度传感 离子交换 光波导技术 Integrated optics Stripe waveguide Solution concentration sensing Ion exchange Optical waveguide technology
利用长周期光纤光栅（LPFG）中的双峰谐振效应，结合表面等离子体共振（SPR）传感器的高灵敏度，提出了一种新型镀金属光纤光栅液体浓度传感器。采用双包层结构模型和耦合模理论，分析了镀金属长周期光纤光栅双峰效应的谐振特性，环境折射率的传感特性以及金属膜厚对双峰LPFG灵敏度的影响。实验上制作了具有双峰效应的镀银膜长周期光纤光栅，并进行了NaCl盐溶液浓度的监测实验。结果表明，随着盐溶液浓度的增大，双峰谐振峰相互远离，各自向短波和长波方向偏移。选择银膜厚为103 nm的光纤光栅传感器，对溶液折射率分辨率可达1.8×10-5。进一步通过与基于双峰效应的无镀膜光纤光栅和普通单峰光纤光栅的盐溶液传感实验的比较，表明基于双峰效应镀金属长周期光纤光栅传感器对溶液浓度的监测灵敏度明显高于前两者。
光纤光学 双峰谐振效应 镀金属长周期光纤光栅 液体浓度传感器
宁波工程学院 电子与信息工程学院光电子研究室,浙江 宁波 315016
采用F-P可调滤波器对长周期光纤光栅的某级透射谱进行波长扫描,借助探测器和示波器对信号光波在驱动信号周期内所形成的负脉冲间隔进行测量,实现信号解调。利用此系统对蔗糖溶液浓度从0到饱和进行测量,测得系统传感灵敏度的实验值为0.02 ms Lg-1。
传感技术 长周期光纤光栅 浓度传感 F-P可调滤波器 解调 sensor technique long period fiber grating concentration sensor F-P tunable filter demodulation
1 上海理工大学 光电学院, 上海 200093
2 上海理工大学 医疗器械学院, 上海 200093
3 日本东京农工大学 工学院应用化学系, 日本 184-8588
采用0.004AgNO3-0.996NaNO3混合熔融盐,用离子交换技术在德国B270光学玻璃上制备了费米折射率分布渐变波导,理论分析了费米折射率分布渐变波导的包层吸收模谱特性,导波损耗测试实验验证了解析结果。在此基础上,提出了一种用于液体包层吸收损耗测试的双样品盒串连的波导回路,测试结果证实表征溶液包层吸收特征的折射率虚部与溶液浓度之间具有十分显著的线性关系,测试灵敏度与波导的模式和波导参量有关,尤其与波导层厚度有非常敏感的关联性。利用这个关系传感测试了13种不同浓度的耐晒果绿染料水溶液样品的浓度,结果显示测试值与实际配制浓度值的均方差小于0.07％。
集成光学 光波导技术 光波导传感器 溶液浓度传感 费米折射率分布
采用简化的3层光纤模型，利用耦合模理论对长周期光纤光栅周围环境折射率、浓度敏感特性进行研究，并用计算机进行模拟及数值计算．得出长周期光纤光栅透射谱谐振波长与环境折射率及浓度的关系．实验证明测量结果与计算机模拟结果基本吻合。
长周期光纤光栅 折射率 浓度传感器 long-period fiber grating refractive index concentration sensor
