“光纤传感”专题 前言
随着信息化时代的到来，物联网这一概念越来越频繁地被人们提及。作为物联网的关键组成部分，传感器的重要性日益凸显。作为传感器的一个分支，光纤传感器发展至今已有30多年，并以优异的性能占据重要地位，如航天、军事等领域对光纤陀螺仪、光纤电流传感器、光纤水听器等产品有大量需求。为集中反映近年来我国科研工作者在光纤传感器领域的最新研究成果和研究进展，促进学术交流，推动技术进步，《激光与光电子学进展》精选2017-2018年出版的相关研究论文和综述，推出“光纤传感”虚拟专题。
南昌工程学院江西省精密驱动与控制重点实验室；南昌工程学院；南昌大学
[摘要]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，使其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。本文首先阐述了MNFBG的制备方法，并分析了MNFBG折射率与浓度传感原理,然后对MNFBG应用于折射率与浓度传感的研究进展进行了综述，最后总结了提高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。
昆明理工大学建筑工程学院
[摘要]随着光纤传感技术的发展, 近年来分布式光纤传感技术被用于结构裂缝的监测, 其中主要包括准分布式光纤传感技术——光纤布拉格光栅技术, 分布式光纤裂缝传感技术——基于瑞利散射的光时域反射技术、布里渊光时域反射技术、布里渊光时域分析技术、布里渊光相关域分析技术以及最新的具有高空间分辨率的脉冲预抽运布里渊光时域分析技术和差分脉冲对布里渊光时域分析技术。基于这些技术在结构裂缝监测中的应用, 综述各自的优缺点及国内外分布式光纤裂缝传感工程应用的情况。同时对分布式光纤裂缝监测中的力学、畸变光信号及实验研究等问题进行分析, 提出关于这些重点问题的研究见解。
南京大学地球科学与工程学院；南京工业大学环境科学与工程学院
[摘要]分子印迹聚合物(MIPs)的特异识别功能使其作为传感器的敏感材料具有很大的优势, 分子印迹光纤传感器(OFS-MIPs)具有广阔的应用前景, 已被广泛运用于环境、化学、医学、食品安全等领域。对OFS-MIPs的研究进展进行了综述, 对光纤传感与分子印迹间的耦合方法,OFS-MIPs的应用领域以及其存在的问题进行了探讨, 并对OFS-MIPs的前景进行了展望。
广东海洋大学电子与信息工程学院
[摘要]光纤表面等离子体共振(SPR)传感是光纤传感领域的研究热点之一。详细论述了光纤SPR传感器的各种结构和优点; 分析了金属膜层的膜材料和膜层厚度、镀膜光纤长度、双层金属膜的组合和厚度比例等参数对光纤SPR传感器性能的影响; 概述了光纤SPR传感器的研究进展及应用, 包括多模光纤SPR传感器、单模光纤SPR传感器、光纤布拉格光栅SPR传感器、倾斜光纤光栅SPR传感器、长周期光纤光栅SPR传感器、多通道光纤SPR传感器、光子晶体光纤SPR传感器和纳米金属颗粒光纤SPR传感器; 给出了光纤SPR传感器的研究重点与发展方向。
武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室
[摘要]光子晶体光纤(PCF)具有许多不同于普通光纤的特性，将PCF应用于传感领域是近年来的研究热点。介绍了PCF的基本结构、导光原理及制备方法，概述了干涉型、吸收型、荧光型、表面等离子体共振型、拉曼散射型及光栅型PCF传感器的原理及国内外研究进展，分析了其应用领域和优缺点，展望了PCF传感器的发展趋势。
上海电力学院电子与信息工程学院
[摘要]应变和温度等外界因素的变化会使光纤布拉格光栅(FBG)反射波的中心波长发生漂移。在应变传感测量中，根据中心波长的漂移量无法直接得到对应的应变量，这种应变和温度交叉敏感的问题严重制约着FBG传感器的测量精度和应用，阻碍了传感监测技术的实用化。为了消除温度的影响，各国研究人员根据不同算法、材料、封装结构等提出了多种解决方案。根据对温度的不同处理方法，将这些解决方案分为温度分离法和温度补偿法，并分析了每种方法的优缺点。
北京工业大学应用数理学院信息光电子技术研究所
[摘要]综述了近年来基于光纤端面集成金属光子结构传感器的发展状况。按照等离激元共振方式和传感器探测原理的不同, 将其分为基于表面等离激元共振(SPR)的光纤传感器、基于局域化表面等离激元共振(LSPR)的光纤传感器、基于杂化型等离激元的光纤传感器以及基于表面增强拉曼散射(SERS)效应的光纤传感器。对各类传感器的制备方法、光物理学原理及探测性能进行了概括、对比和总结。
青岛理工大学
[摘要]提出了一种利用光纤布拉格光栅（fiber Bragg grating, 简称FBG）测试模型管桩桩身轴力的方法，探讨了模型管桩应变变化与光纤光栅中心波长稳定性和漂移的关系。光纤光栅封装在模型管桩外管加工槽体内，模型管桩内管采取直接粘贴光纤光栅的方法，将应变片分别粘贴在模型管桩内、外管光纤光栅同一位置。对模型管桩施加竖向压力后产生的应变进行测试，并将光纤光栅及应变片的测试结果与理论公式进行对比分析，发现两者存在误差，但在测试要求范围内。外管施加5 kN竖向荷载时，光纤光栅测得的最大应变为59.2，相对误差为4.9%；内管施加5 kN竖向荷载时，光纤光栅测得的最大应变为122.3，相对误差为7.2%，均满足工程测试要求。
西安工业大学
[摘要]为了精确提取相关干涉信号的峰值位置，为光楔式光纤法珀传感器的相关干涉解调机制提供理论借鉴，文中数值模拟了三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，光源在光谱上具有高斯分布且较大带宽时得到的相关干涉信号噪声较小，条纹稀疏，信号对比度更高，便于准确寻峰，实现高精度解调。
武汉科技大学机械自动化学院
[摘要]光纤光栅的粘贴封装工艺对传感器的性能有重要影响，目前光纤光栅传感器设计中最常用的两种封装方式是光栅全部粘贴封装和预拉伸后光栅两端的光纤粘贴封装。本文对该两种封装方式下的光纤光栅在测量灵敏度、线性、重复性、蠕变、温度补偿等决定传感器核心性能的参数开展了实验研究。每种封装方式均选用了三支参数相同的光纤光栅布置在同一等强度梁上，并布置一支自由状态的裸光栅作为温度参考，开展了应变感测特性和温度补偿特性方面的对比实验。得到如下研究结论：1、两种封装方式的六支光纤光栅在灵敏度、线性、重复性方面均具备良好的一致性，抗蠕变能力均良好；2、温度补偿测试中，同种封装方式的光栅自差分补偿的效果明显优于和参考裸栅差分补偿，光栅两点粘贴封装方式的自差分补偿效果最好，达到9pm以内，优于光栅全部粘贴封装的20pm以内；光栅两端粘贴封装与参考裸栅差分补偿的效果最差，最大达53pm。本研究结论可为光纤光栅传感器设计、监测信息处理提供科学参考。
浙江工业大学光电子智能化技术研究所
[摘要]光功率密度和温度监测在工业生产和日常生活中具有重要意义, 依据PbSe量子点具有较高热光系数的特性, 设计了一种PbSe量子点作传感材料的全光纤马赫-曾德尔型传感器, 并在不同光功率密度和不同温度条件下对该传感器进行测试。实验结果表明：对波长为473 nm的光源光功率密度灵敏度达到1.455 nm·(mW-1·mm2), 温度灵敏度达到0.67 nm·℃-1。不仅实现了高灵敏度温度传感器, 而且也为PbSe量子点制作热光型光器件打下了基础。
暨南大学光子技术研究院；广东省光纤传感与通信技术重点实验室
[摘要]提出一种新型取样布拉格光纤光栅传感器, 用于温度和轴向应变的传感。为了制作该传感器, 利用特种光纤熔接机在单模光纤上制造出单螺旋扭转结构, 然后在单螺旋结构上利用紫外激光侧写和相位掩模板技术刻写布拉格光纤光栅。该取样光栅反射谱具有等间距、窄带宽的特点, 并且可通过调整单螺旋扭转率来自由改变取样周期。通过实验研究了传感器对温度和光纤轴向应变的响应, 结果表明：当单螺旋扭转周期P=504.0 μm(扭转率α=12.47 rad/mm), 布拉格光栅周期Λ=544.6 nm, 器件长度L=5.0 mm时, 温度和轴向应变灵敏度分别为10.12 pm/℃和1.12 pm/με。较同类型取样光栅传感器, 该传感器具有制作简单、灵活性高、稳定性高和成本低的优点, 且在多波长光纤激光器和多通道光谱滤波器等领域展现出应用潜力。
暨南大学光子技术研究院广东省光纤传感与通信技术重点实验室
[摘要]提出并实现了一种基于大偏置量熔接的单端反射式光纤Mach-Zehnder（M-Z）干涉仪。在一段数百微米长的单模光纤两端以大偏置量对称地错位熔接两段光纤，将其中一段光纤的端面镀制薄金膜作为反射镜面，使在外界环境和光纤包层材料内传输的光产生相位差，并在器件反射端能够观测到较强的干涉光谱。实验发现，该干涉光谱随外界折射率（RI）变化可发生较高灵敏度的漂移，当偏置量为62.5 μm和空腔长度为554 μm时，测得其水环境的折射率灵敏度和空气中的温度灵敏度分别为-13257 nm/RIU（RIU为单位折射率）和37.33 pm/℃。与已报道的同类型器件相比，所提传感器具有折射率灵敏度高、结构紧凑、可单端测量以及稳定性好等优点，在生物化学传感和环境污染监控等领域中具有良好的应用前景。
湖北师范大学物理与电子科学学院
[摘要]在单模光纤(SMF)中接入一段硬塑料包层光纤(HPCF)，构成一个全光纤Mach-Zehnder干涉仪，利用该干涉仪制备出一种可同时测量温度和折射率的光纤传感器。由于SMF纤芯和HPCF纤芯直径不匹配，通过HPCF的透射光会产生干涉谱，干涉谱随外界环境温度与折射率的变化而变化，从而可实现温度与折射率的测量。实验结果表明：利用该传感器测量温度与折射率的灵敏度分别达到了13.3 pm·℃-1和52.56 nm·(RIU)-1。该传感器具有体积小、结构简单、制作容易和灵敏度较高等特点，特别适合在电噪声环境中工作。
齐鲁工业大学(山东省科学院)海洋仪器仪表研究所；东北大学信息科学与工程学院
[摘要]针对海洋剖面观测的需求和传统投弃式海洋温度剖面测量仪(XBT)存在的问题, 提出一种基于光纤布拉格光栅-长周期光纤光栅(FBG-LPG)级联结构的光纤海水温深剖面传感器(光纤XBT), 设计了传感器光路, 利用光纤端面反射镜简化了光路结构, 通过调整反射率优化了系统性能。实验表明, 当光纤端面反射率在48.8%~72.5%时, FBG和LPG的谐振峰相对强度较为合理, 整体光谱波形较好, 利于解调。
福建江夏学院电子信息科学学院
[摘要]针对传统单光路检测型光纤电流传感器电流灵敏度低的缺点, 提出一种新颖的环形结构单光路检测型光纤电流传感器。该光纤电流传感器利用单偏振单模耦合器构建光纤环形腔结构, 取代了传统单光路检测型光纤电流传感器中的起偏器和检偏器。这一设计不仅保留了单光路检测型光纤电流传感器所具有的结构简单、成本低廉等优点, 还具备环形腔结构光纤电流传感器可实现传感信息的多次循环放大的特点, 提高了系统的电流灵敏度。理论分析与实验表明, 这种光纤电流传感器的电流灵敏度可随循环次数K的增加而增加,设计具备可行性。
北京信息科技大学光电信息与仪器北京市工程研究中心；现代测控技术教育部重点实验室；北京信息科技大学光电测试技术北京市重点实验室
[摘要]针对再生光纤光栅因反射率低而无法直接用于实际工程中温度测量的问题, 提出一种采用光纤激光传感器结合再生低反射率光纤光栅的方法, 将再生光栅作为光纤激光器谐振腔的低反镜, 采用未抽运的掺铒光纤(EDF)作为饱和吸收体, 实现了线宽压缩, 多纵模抑制。激光器输出激光的阈值电流为68.9 mA。在150 mA的电流下, 300~800 ℃温度范围内, 激光器输出激光稳定, 且输出波长与温度呈良好的线性关系。在升降温测试下, 相关系数均为0.99974, 平均温度灵敏度为15.41 pm/℃, 且在700 ℃下, 3 h的稳定测试中, 激光波长的最大变化量为0.032 nm, 而强度的最大变化量为0.409 dB。实验结果表明, 升降温过程中, 信噪比均高于50 dB, 输出激光具有良好的稳定性, 且没有跳模现象发生。
青岛理工大学土木工程学院；青岛理工大学蓝色经济区工程建设与安全协同创新中心
[摘要]鉴于光纤布拉格光栅(FBG)应变测试时对应变和温度交叉敏感的特性，将温度补偿FBG结构与应变FBG结构串联，采用夹持式封装方式，根据温度FBG和应变FBG相对波长的变化确定被测结构的应变量。实验结果表明：温度FBG和应变FBG相对波长变化对温度的灵敏度仅为0.12 pm·℃-1，为温度FBG和应变FBG温度灵敏度的1.14%和1.15%;并实现了应变FBG测量的温度自补偿。夹持式温度自补偿FBG应变传感测试技术原理简单，实用性强，可被广泛应用于实际工程中。
江南大学物联网工程学院
[摘要]对三维光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器的温度补偿问题进行研究，设计了新型温度补偿膜片,并采用参考光纤法对传感器进行温度补偿。实验发现,未经老化处理的裸纤在30~40 ℃之间会出现温度拐点,致使温度灵敏系数降低，所以封装之前必须进行老化处理。通过有限元热力分析可知,新型温度补偿膜片在-10~50 ℃之间自身的最大微应变约为0.073 με，受热膨胀系数失配的影响较小，系统的可靠性较高。同时悬臂梁式的缓存结构可使温度补偿光纤在测量过程中不受外界复杂环境的影响，在origin中拟合温度补偿膜片与应变测量传感膜片联合补偿的结果，修正之后线性度可以达到0.9999以上，满量程精度约为0.05%。
深圳海油工程水下技术有限公司
[摘要]为了实现大范围的光纤复合架空地线(OPGW)舞动探测, 提出了一种基于后向瑞利散射空间差分干涉的光纤分布式振动测量技术。舞动引起单模传感光纤中的后向瑞利散射光的变化, 将含有振动信息的后向瑞利散射光注入到非平衡迈克耳孙干涉仪, 利用干涉仪的臂长差实现相邻空间段的后向瑞利散射光干涉, 采用3×3耦合器解调技术解调出相位信息, 实现对振动信号的准确测量。在输电线路舞动实验室进行了OPGW的舞动测试, 实现了0.9 Hz舞动、2.3 Hz非舞动的检测。
重庆三峡学院智能信息处理与控制重点实验室；哈尔滨工程大学纤维集成光学教育部重点实验室；重庆三峡医药高等专科学校基础医学部
[摘要]为实现对微小位移的精确测量, 提高位移精度, 提出了基于表面等离子体共振的微位移光纤传感器。利用渐变折射率多模光纤中光束的传播角度随入射光位置的变化而变化的特性, 结合表面等离子体共振传感器的共振波长对共振角度变化具有很高灵敏度的特性, 实现对微小位移的精确测量。为满足共振条件, 将渐变折射率多模光纤研磨成具有合适角度的楔形, 精确控制渐变折射率多模光纤的长度, 并将光纤探针浸入到一定折射率的液体中。通过630 nm单模光纤将白光光源从渐变折射率多模光纤的端面耦合到光纤探针中, 搭建位移平台, 精确控制单模光纤和渐变折射率多模光纤的径向相对位置, 通过光谱仪检测共振波长随相对位置的变化规律。实验结果表明：当光纤研磨角度为12°, 且液体折射率为1.350时, 该传感器具有高达10.32 nm·μm-1的灵敏度, 位移分辨率高达1.9 nm。
中国石油集团渤海钻探工程有限公司油气井测试分公司；天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室
[摘要]利用光纤分布式传感器对长距离输油管线等高危作业区域进行安全监测已被广泛研究和应用, 但在使用过程中由于各种原因导致传感光纤断裂或损坏的情况时有发生, 严重制约其对被测目标的长期监测。通过分析加载光纤传感器之结构, 将传感光纤沿被测长度区间分为数段并建立若干传感控制节点, 在节点间设置冗余光纤并组建全光远程控制系统, 为目标传感器提供具有分段控制保护的故障位置自动诊断以及传感功能自动恢复的光纤智能传感系统。对传感结构进行故障概率的模拟分析和计算表明,该结构可有效地提升传感器的生存能力。拟将该系统应用于油田长距离输油管线安全监测的分布式光纤传感系统中, 并提出相应的分段保护光缆连接结构。
江南大学物联网工程学院；无锡必创传感科技有限公司
[摘要]设计了一种双环减敏式结构, 并对26 mm长的减敏基片进行有限元分析, 分别在减敏基片左右端面各施加0.065 mm的拉伸与压缩位移。由仿真结果可得减敏基片的应变减敏比约为3.5, 应变测量范围可达到±5000 με, 同时可保证减敏基片在其材料的弹性范围内运行, 不影响传感器的使用寿命。通过对500 με范围内的双环减敏结构的光纤布拉格光栅传感器进行拉伸实验, 实验结果表明该结构设计可使得传感器线性度达到0.999以上, 满量程精度约为0.1%。该传感器可实现实时准确的在线监测, 系统数据采集迅速、可靠性极高, 有望应用于如船舶、桥梁、飞行器等需要对关键结构进行较大应变范围测量的情况。
上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室；上海康阔光传感技术股份有限公司
[摘要]从传感光纤的高双折射螺距和光纤结构两方面分析不同螺距下光纤内光的偏振态差异及其受温度变化的影响, 对比了PANDA光纤、椭圆芯光纤、保偏微结构光纤的温度特性。结果表明, 在全光纤电流传感器(FOCS)中, 当传感光纤的螺距LT是光纤对应的未螺旋状态下拍长Lp的2倍时, 温度特性最差。LT减小, 光纤偏振保持能力减弱, 抗物理干扰能力变差。当LT≈Lp时, 传感光纤既有较好的温度特性, 也有较强的抗外界物理干扰能力。不同结构的传感光纤, 传感器比差的范围不同, 其中基于微结构保偏光纤的传感光纤, 在-40~+70 ℃全温度下未经补偿, 传感器比差变化范围最低, 仅为±0.32%。
中国人民解放军73089部队；厦门大学信息科学与技术学院光波技术研究所；浙江大学建筑工程学院
[摘要]把光纤布拉格光栅(FBG)的有效折射率、周期用二元函数泰勒展开, 理论验证FBG温度-应变和应变-温度交叉敏感方式相同, 得出热光系数和弹光系数均与有效折射率平方成正比例关系的结论；列出温度、应变测量计算方程式, 并阐述了计算方法。测试温度、应变同时存在时FBG的波长, 可知温度-应变和应变-温度交叉灵敏度系数分别为-1.4743×10-6 nm/(℃·με)、-1.3948×10-6 nm/(με·℃)。把FBG静力水准仪放置于露天阳台上监测一天内波长变化, 代入方程式计算, 得到较为精确的水准仪液体深度变化解。结果表明, 使用温度、应变计算方程式求解, 能够提高FBG的测量精度。
中南大学物理与电子学院
[摘要]为建立稳定的光纤光栅传感器波长解调系统, 利用可调谐法布里-珀罗滤波器的窄带滤波特性实现对宽带光源的线性扫描, 采用放在恒温箱的高精度参考光栅标定法布里-珀罗标准具的方法, 提供多个间隔相同、幅值平稳的波长参考点。将采集到的原始数据序列采用改进的小波阈值去噪算法(使用新的阈值函数和阈值)进行平滑滤波处理, 通过高斯拟合算法的核心思想得到粗峰值序列, 再进行二次处理, 去掉无效峰, 修正部分峰的位置, 搭建了光纤光栅位移传感器的实时监测解调系统, 与螺旋测微仪相比精度稳定在0.25 mm左右。
安徽工业大学电气与信息工程学院
[摘要]介绍了非本征光纤法布里-珀罗干涉传感器的结构及制作方法。通过Matlab仿真研究不同腔长及反射率对非本征光纤法布里-珀罗干涉传感器干涉谱的影响，建立了非本征光纤法布里-珀罗干涉传感器的温度传感模型。对不同腔长及不同反射率的非本征光纤法布里-珀罗干涉传感器进行温度对比实验。结果表明，短腔的非本征光纤法布里-珀罗干涉传感器的温度灵敏度高；镀钯金膜的非本征光纤法布里-珀罗干涉传感器可较好地避免温度对其干涉谱的影响，具有温度补偿的作用。
暨南大学光子技术研究院；暨南大学信息科学与技术学院
[摘要]利用高频二氧化碳(CO2)激光脉冲写入法制备了一种基于少模长周期光纤光栅(LPG)的高灵敏度扭矩传感器。两个纤芯线偏振(LP01和LP11)模式耦合形成谐振峰。扭转灵敏度可达0.528 nm·rad-1·m-1, 所提扭矩传感器的扭转灵敏度比普通单模LPG提高一个数量级。引入扭转的LPG可以看作是对原光栅进行周期性螺旋调制, 其有效光栅周期与扭转率成比例, 从而使谐振峰波长发生漂移, 这是形成高扭转灵敏度的主要原因。这种新型LPG对环境折射率和温度的交叉敏感性较弱, 可以用作高精度的接触性扭矩传感器, 在涉及扭转测量的很多领域有广阔的应用前景。
基于双芯光子晶体光纤的高灵敏度椭圆侧芯表面等离子体共振折射率传感特性
南昌航空大学无损检测与光电传感技术及应用国家地方联合工程实验室；南昌航空大学江西省光电检测技术工程实验室；南昌工学院机械与车辆工程学院
[摘要]提出了一种基于双芯光子晶体光纤(PCF)的高灵敏度椭圆侧芯表面等离子体共振(SPR)折射率传感模型。在各向异性的完美匹配层边界条件下利用全矢量有限元法对传感器特性进行了数值仿真。研究发现：在椭圆侧芯中涂覆金属银纳米层可以实现SPR, 共振峰对检测孔的折射率变化具有很高的传感灵敏度; 与圆形结构相比, 所提椭圆侧芯结构中的纤芯基模和金属表面等离子体激元(SPP)模式更易实现相位匹配; 当椭圆率为0.7时,灵敏度在1.45~1.50的折射率范围内可达10412 nm·RIU-1, 且传感曲线线性度高; 椭圆侧芯结构能够有效抑制高阶SPP模式, 避免基模与多个SPP模式耦合形成干扰。
北京交通大学电气工程学院；中国电力科学研究院储能与电工新技术研究所
[摘要]提出了一种在锂离子电池制作过程中粘贴镀金光纤布拉格光栅(FBG)传感器的锂离子电池原位检测方法，该方法可用于采集锂离子电池的初始物理量。研究了将镀金FBG传感器埋入锂离子电池的位置及方法，分析了埋入镀金FBG传感器后电池的性能。对锂离子电池进行了充放电实验,并拆封了实验所用的电池样本。实验结果表明，镀金FBG传感器可用于一般环境下的温度采集；锂离子电池中FBG传感器的镀金层遭到腐蚀，导致FBG传感器的波长产生漂移，镀金层避免了裸FBG传感器的结构受到破坏，因此对FBG传感器重新标定后，可采集电池内部的温度。该研究为应用于锂离子电池原位检测的FBG传感器的选择提供了参考。
北京交通大学理学院光信息科学与技术研究所发光与光信息技术教育部重点实验室
[摘要]传统宽带光源光纤光栅(FBG)传感系统的解调部分比较复杂，为了克服这一缺点，使用线性扫频激光器作为FBG传感系统的光源，并选定一个光栅作为参考光栅，将其他光栅作为传感光栅。根据传感光栅与参考光栅的反射信号时间间隔的变化，解调得到FBG反射中心波长的变化，解调过程非常简便。基于FBG传感系统进行了温度和光纤轴向拉力的测量实验，验证了该系统的可行性和正确性，也证明了该系统可单独或同时测量温度和光纤轴向拉力。给出了提高系统测量精度的途径，包括保证参考光栅的温度稳定以及使用扫频速率较小的扫频光源和采样速率较高的示波器。
西安石油大学光电油气测井与检测教育部重点实验室；西安建筑科技大学环境与市政工程学院
[摘要]针对微纳光纤布拉格光栅(MNFBG)在应用中存在的温度依赖问题，数值模拟了被不同折射率液体包围的MNFBG的反射波长与温度的关系，并且制作了可更换封装液体的MNFBG用于实验研究。通过使用蒸馏水和不同折射率的匹配液封装MNFBG，得到了MNFBG反射光谱及其中心波长随封装液体温度的变化规律。研究发现，在相同的温度变化过程中，不同性质的封装液体会影响MNFBG反射光谱的形状和移动方向，改变了普通光纤布拉格光栅(FBG)在温度升高过程中反射光谱形状几乎不变但其中心波长线性红移的特性。封装液体的折射率和热光系数越大，MNFBG反射波长随温度的变化越趋于非线性。换用折射率和热光系数分别为1.456和4×10-4 ℃-1的匹配液体后， MNFBG反射波长的温度灵敏度为-50.3 pm/℃。MNFBG特性与环境液体、温度和FBG的尺寸有关，通过有效控制相关因素可以实现FBG在更多领域的功能化应用。
广西岩土力学与工程重点实验室；桂林理工大学土木与建筑工程学院
[摘要]降低光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器的应变灵敏度是解决传感器量程小、无法监测大应变问题的一种重要方法。为了监测构件在使用过程中的应力应变变化，提出了螺旋倾斜式光栅复合技术，建立了光栅实测应变与试样实际应变间的理论关系,在不同螺旋倾角下进行了光栅应变灵敏度的测量试验。试验结果表明，该方法能有效降低光栅应变灵敏度，增大光栅应变测量量程。
上海大学光纤研究所；上海大学特种光纤与光接入网省部共建重点实验室
[摘要]为了降低传感光纤的线双折射对全光纤电流互感器测量准确度的影响, 将旋转高双折射(SHB)光纤作为互感器的传感光纤。根据琼斯矩阵, 建立了互感器数学模型。研究了平面镜和法拉第旋转镜对基于SHB光纤的反射干涉式互感器测量准确度的影响, 分析了SHB光纤的旋转比与互感器抗温度扰动能力之间的关系, 讨论了使用光纤1/4波片对基于SHB光纤的互感器进行误差补偿的方案。结果表明, 在平面镜式互感器中, 采用谐波相除法、闭环信号调制法可以消除SHB光纤的长度敏感性。当旋转比大于30时, 在-40~60 ℃温度范围内, 标度因数的变化小于0.2%。在相同条件下,法拉第旋转镜式互感器中SHB光纤所需的最小旋转比为3.4, 可见法拉第旋转镜提高了互感器的温度稳定性, 选择合适的1/4波片可以补偿由SHB光纤线双折射引起的互感器标度因数温度误差。
哈尔滨理工大学应用科学学院；哈尔滨理工大学工程电介质及其应用教育部重点实验室
[摘要]针对当前光纤电流传感器较难同时实现较高灵敏度和较好稳定性的问题, 根据法拉第效应, 从理论上建立了基于琼斯矩阵的直通式、反射式全光纤电流传感器的数学模型; 利用OptiSystem软件进行仿真, 得到直通式、反射式全光纤电流传感器的线性灵敏度分别为0.24和0.37。提出了光纤环形衰荡结构, 将强度调制转换为时间调制, 从而消除了光源及外界环境对系统性能的影响, 使系统同时实现较高的灵敏度和较好的稳定性。通过理论及实验证实了该方案的可行性。
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院；中国计量科学研究院；山东电力设备有限公司
[摘要]为了解决电解领域大电流测量难度大的问题, 在传统光纤电流互感器(FOCT)的基础上提出一种新型的便携式光纤电流互感器(P-FOCT)。由于在P-FOCT的设计和安装过程中, 柔性传感头光路不闭合和导体偏心会引起法拉第相移误差, 进而影响电流计精度, 因此对传感头闭合误差和导体偏心位置对P-FOCT的影响进行了理论分析和实验测试。结果显示, 法拉第相移相对误差随传感头不闭合角度线性增加,随导体到非闭合长度中心的距离增大而减小。另外, 增加传感头匝数能减小P-FOCT的法拉第相移误差, 提高其测量精度。
山东省光纤传感技术重点实验室；山东省科学院激光研究所
[摘要]地埋式入侵监测系统具有隐蔽性强、受自然因素影响小、误报率低、识别概率高等特点, 在入侵监测中具有重要作用。介绍了将光纤传感用于入侵监测的主要技术方案, 阐述了光纤分布式振动传感(DVS)系统和光纤布拉格光栅(FBG)振动传感系统的工作原理。对这两种系统进行了人员入侵监测实验。结果表明, DVS系统的有效探测范围可达到10~15 m, 空间分辨率约为20 m; FBG振动传感系统的最大有效探测距离超过75 m。对比和评估了这两种系统的关键性能, 展望了地埋式光纤入侵监测系统的应用方向。
吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室；中国科学院长春光学精密机械与物理研究所发光学及应用国家重点实验室
[摘要]应用飞秒激光直写技术刻写了熊猫型双折射光纤布拉格光栅(PF-FBG)。飞秒激光直写技术是将激光焦点聚集到光纤纤芯位置，曝光过程中匀速移动光纤，最终得到周期性的折射率调制区域。PF-FBG具有双折射特性，在波长为1550 nm附近可以得到具有双峰的反射谱结构，因此可用于多传感参数的监控。研究了PF-FBG的温度和轴向应力的传感特性。PF-FBG兼具飞秒激光诱导光栅结构的高温稳定性，在苛刻环境下化学、物理传感方面具有潜在的应用价值。
上海电力学院自动化工程学院；新南威尔士大学电气工程与电信学院, 新南威尔士州
[摘要]研究和评估了基于光纤布拉格光栅(FBG)传感系统的压电陶瓷(PZT)驱动的光纤法布里-珀罗(FFP)滤波器的热致非线性，采用多项式拟合法减小FFP滤波器的热致非线性误差。在FFP滤波器所处环境温度变化超过15 ℃的情况下，采用大于等于4阶的多项式拟合和参考光栅的方法，可使FFP滤波器热致应变误差从750 με减小到15 με，标准差保持在10 με以下。实验结果显示，当PZT驱动的FFP滤波器的温度变化范围较大时，其热效应不是简单地保持不变或呈线性。
