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基于物联网和弱反射光栅阵列的地质灾害监测系统设计与应用 被引量：4
1
作者 张晓飞 吕中虎 +1 位作者 孟庆佳 王晨辉 《现代电子技术》 北大核心 2025年第1期144-150,共7页
我国是世界上地质灾害类型最多、地质灾害最严重的国家之一,而雨量监测和形变监测在地质灾害监测中发挥着越来越重要的作用,因此确保地质灾害监测系统的长期运行以及在降雨期间的稳定运行尤为重要。文中基于STM32微控制器、LORA模块、4... 我国是世界上地质灾害类型最多、地质灾害最严重的国家之一,而雨量监测和形变监测在地质灾害监测中发挥着越来越重要的作用,因此确保地质灾害监测系统的长期运行以及在降雨期间的稳定运行尤为重要。文中基于STM32微控制器、LORA模块、4G模块设计了一款物联网数据采集控制板,并结合压电式雨量传感器、拉绳位移传感器研制了雨量智能监测仪、裂缝位移智能监测仪;结合物联网数据采集控制板和弱反射光栅阵列传感技术构建了基于物联网的弱反射光栅地质灾害监测系统,实现了对地质灾害体的定时监测和降雨期间的自动监测;最后将雨量智能监测仪、裂缝位移智能监测仪和弱反射光栅地质灾害监测系统应用于桐梓县大河镇新场火车站新场滑坡、崩塌的监测实验中。监测数据表明,弱反射光栅监测系统测得传感光缆41#弱反射光栅传感段的位移变化达5 mm,在其附近的位移监测仪也测到有位移变化,可有效实现对地质灾害的定时监测和降雨期间的自动监测。 展开更多
关键词 弱反射光栅 地质灾害 物联网 雨量监测 位移监测 光纤传感 光栅传感器 滑坡监测
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基于FBG传感器的带式输送机故障监测研究 被引量：2
2
作者 方新秋 吴洋 +5 位作者 宋扬 陈宁宁 丰宇龙 冯豪天 贺德幸 乔富康 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第1期326-340,共15页
带式输送机的故障监测有助于预防安全事故、提高生产效率以及实现设备智能化运行。从带式输送机常见故障分析、综合保护系统组成、光纤型传感器阵列设计与分析、核心敏感元件设计与选材等方面,对基于FBG传感器的带式输送机故障监测进行... 带式输送机的故障监测有助于预防安全事故、提高生产效率以及实现设备智能化运行。从带式输送机常见故障分析、综合保护系统组成、光纤型传感器阵列设计与分析、核心敏感元件设计与选材等方面,对基于FBG传感器的带式输送机故障监测进行了深入研究。首先针对传统监测手段无法定量感知、实时性不足、数据融合能力薄弱等问题,提出了一种基于光纤光栅(FBG)的带式输送机综合保护系统,明确了光纤型传感器阵列的设计是系统搭建的重要前提。其次,在分析带式输送机常见故障形成原因和表现形式的基础上,以FBG-等强度悬臂梁为核心敏感元件设计了一系列故障监测传感器,组成了带式输送机综合保护系统的光纤型传感器阵列,实现了故障的实时定量监测。接着,通过理论分析和Ansys有限元仿真,对FBG-等强度悬臂梁的尺寸结构设计和材料选择进行了深入研究,在传感模型中分析了灵敏度和精度的影响因素,并据此确定了敏感元件的结构尺寸,优选了尼龙6作为制作材料。最后,通过试验对FBG-等强度悬臂梁的结构有效性、灵敏度和稳定性进行了验证。在灵敏度试验中,敏感元件表现出良好的线性响应特性,理论灵敏度S=52.9780Nnm,实际灵敏度S^(*)=38.1157 Nnm;在重复性试验中,平均重复性误差仅为1.002%,表现出良好的重复性和稳定性;温度敏感性试验和温度补偿试验则验证了光纤光栅在温度测量中的线性相关性,从而进一步揭示了温度补偿对提升传感灵敏度的必要性,即便在微小温度变化环境下,补偿机制仍能有效提高灵敏度0.6%。所设计的光纤型传感器阵列解决了现有带式输送机运行故障无法实时定量感知的问题,为实现设备智能化感知与控制提供了坚实的数据基础。研究成果不仅能有效降低带式输送机故障率,提高生产效率,更推动了煤矿行业向自动化、智能化方向的发展。 展开更多
关键词 光纤光栅 等强度悬臂梁 温度补偿 光纤型传感器阵列 带式输送机综合保护
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基于神经网络的光纤温度估算方法的优化 被引量：1
3
作者 李苏雅 董艳唯 +4 位作者 李琳 张弛 李楠 宁琦 陈永辉 《光通信研究》 北大核心 2025年第1期83-88,共6页
【目的】为了有效估算基于布里渊散射的分布式光纤传感中光纤的温度,文章将多层前馈人工神经网络(ANN)应用于温度的估算。【方法】文章在Matlab软件中编写了用于光纤温度计算的单斜坡法、基于伪Voigt模型的最小二乘拟合法和ANN程序,同... 【目的】为了有效估算基于布里渊散射的分布式光纤传感中光纤的温度,文章将多层前馈人工神经网络(ANN)应用于温度的估算。【方法】文章在Matlab软件中编写了用于光纤温度计算的单斜坡法、基于伪Voigt模型的最小二乘拟合法和ANN程序,同时仿真产生了不同信噪比(SNR)下的布里渊谱,采用以上3种算法计算了光纤温度,验证了ANN方法的有效性。在此基础上基于以上仿真产生的布里渊谱研究了ANN的关键参数,即隐层数量、隐层神经元数量和训练目标对训练速度、温度计算时间和准确性的影响规律。【结果】结果表明,ANN方法在SNR为22和37 dB时最大温度误差分别仅为1.18和0.63℃,且计算时间仅为最小二乘拟合法的1/1000左右。当隐层神经元数量不变时,随着隐层层数的增加,训练时间明显下降,计算时间线性增加,但其对温度估算的准确性几乎无影响;随着隐层神经元数量的增加,训练时间和计算时间均增加,隐层有21个神经元时,训练时间近似为1个神经元的67倍,但其对温度估算的准确性几乎无影响;训练目标(布里渊频移误差的平方)小于临界值(约为1 MHz 2)时,随着训练目标的增加,温度误差几乎不变,超过临界值后,随着训练目标的增加,温度误差增大。【结论】采用多层前馈ANN应用于基于布里渊散射的分布式光纤传感中的光纤温度估算时,建议选择单隐层且隐层神经元选择1个,训练目标选择1 MHz 2。 展开更多
关键词 分布式光纤传感 布里渊散射 布里渊频移 人工神经网络 温度 优化
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基于圆环结构的灵敏度可调光纤光栅应变传感器 被引量：1
4
作者 张媛媛 李瑞亚 +2 位作者 黄俊 魏莉 谭跃刚 《光通信技术》 北大核心 2025年第2期1-6,共6页
为了满足不同场合的应变测量需求,提出了一种基于圆环结构的灵敏度系数可调光纤光栅(FBG)应变传感器。通过调节弹性基片上圆环的几何参数来实现灵敏度的灵活调控,同时利用温度补偿FBG消除环境温度变化对测量结果的干扰。建立了传感器的... 为了满足不同场合的应变测量需求,提出了一种基于圆环结构的灵敏度系数可调光纤光栅(FBG)应变传感器。通过调节弹性基片上圆环的几何参数来实现灵敏度的灵活调控,同时利用温度补偿FBG消除环境温度变化对测量结果的干扰。建立了传感器的理论模型,并研制出一种减敏型FBG应变传感器,通过有限元仿真和实验验证了该传感器的测量性能。实验结果表明:该传感器在±3000με量程范围内的灵敏度为0.49 pm/με,线性相关系数达到0.99以上;同时,其重复性误差为0.68%,迟滞误差为2.96%,显示出良好的稳定性和可靠性。 展开更多
关键词 光纤传感 光纤光栅 应变传感器 灵敏度 温度补偿
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基于线型光纤光栅阵列传感的引气管道泄漏监测研究 被引量：1
5
作者 曾川 童杏林 +2 位作者 李泽恺 黄文种 史学锋 《激光技术》 北大核心 2025年第2期271-277,共7页
飞机引气管泄漏监测系统主要采用共晶盐电类过热探测器作为其温度传感单元,为了克服该系统现存的电磁兼容性差、测量精度低、响应时间慢等技术瓶颈,对飞机引气管道泄漏探测的线型阵列光纤传感探头进行了研究,采用数学建模与模拟仿真的... 飞机引气管泄漏监测系统主要采用共晶盐电类过热探测器作为其温度传感单元,为了克服该系统现存的电磁兼容性差、测量精度低、响应时间慢等技术瓶颈,对飞机引气管道泄漏探测的线型阵列光纤传感探头进行了研究,采用数学建模与模拟仿真的方法设计了光纤光栅阵列参数及封装结构体等,并进行了实验验证与数学分析。结果表明,该传感探头具备一定的应变免疫与振动抵抗能力,感温分辨率0.1 m,定位精度1.0 m,温度测量精度±3℃,工作温度0℃~180℃。此研究结果可替代共晶盐类泄漏探测传感器,为实现远程分布式轻型飞机的引气泄漏温度测量提供了一种新思路。 展开更多
关键词 光纤光学 飞机引气 光纤布喇格光栅 温度传感 分布式阵列传感器 大量程
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光纤SPR检测曲率、位移和应变的传感器研究进展
6
作者 石晨 滕平平 +5 位作者 王锐 杨欣宇 温兴月 鲁楠 杨兴华 孟霆 《激光杂志》 北大核心 2025年第7期1-10,共10页
光纤SPR检测物理量传感器是一种基于表面等离子体共振(SPR)的光纤传感器,在传感区未施加特殊温敏材料的情况下,光纤SPR传感器对温度变化的响应较弱,这使得光纤SPR传感器具有独特的优势,能够减少外界温度变化引发的交叉干扰。本文对光纤... 光纤SPR检测物理量传感器是一种基于表面等离子体共振(SPR)的光纤传感器,在传感区未施加特殊温敏材料的情况下,光纤SPR传感器对温度变化的响应较弱,这使得光纤SPR传感器具有独特的优势,能够减少外界温度变化引发的交叉干扰。本文对光纤SPR传感器的基本原理、结构和传感方式进行相关介绍,重点介绍了不同结构光纤SPR探针的制备过程,并介绍起对曲率、位移和应变物理量的传感检测。此外,总结了当前光纤SPR检测物理量传感器面临的挑战和未来的发展方向,进一步就如何提高光纤SPR传感器的性能进行了相关讨论。 展开更多
关键词 光纤SPR 曲率传感 位移传感 应变传感 光纤传感器
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基于主动加热光纤的CO_(2)地层注入监测试验研究
7
作者 林宇航 张利伟 +1 位作者 刘春 朱遥 《工程地质学报》 北大核心 2025年第5期1807-1818,共12页
近年来随着“双碳目标”的提出,减少碳排放量以及开发新能源成为未来可持续发展的一个重要方向,CO_(2)压裂驱油既可以实现储层油气的增产,又可以对CO_(2)进行地质封存,对于未来非常规油气的开采具有重要意义。本文通过开展室内CO_(2)注... 近年来随着“双碳目标”的提出,减少碳排放量以及开发新能源成为未来可持续发展的一个重要方向,CO_(2)压裂驱油既可以实现储层油气的增产,又可以对CO_(2)进行地质封存,对于未来非常规油气的开采具有重要意义。本文通过开展室内CO_(2)注入试验探究了分布式光纤温度传感器(DTS)监测气体运移过程的可行性,同时使用DTS和其他温度传感器对土体温度进行监测,并利用DTS主动加热技术测量土体含水率。监测结果表明分布式光纤传感器能够显著监测到注入CO_(2)过程中土体温度的变化情况,从而反映气体的运移过程。另外,利用主动加热光纤技术可以反映土体中含水率的分布变化,结合土体含水率可以进一步反映CO_(2)运移过程,该试验结果表明DTS在CO_(2)地层注入监测应用中具有较大的潜力。 展开更多
关键词 主动加热光纤 二氧化碳 DTS 温度传感技术
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Lyot-Sagnac与Fabry-Pérot级联增敏的光纤温度传感器
8
作者 张国生 陈宇雷 +1 位作者 柴国强 韩建宁 《中国光学(中英文)》 北大核心 2025年第5期1027-1035,共9页
为了有效提高检测灵敏度和实用性,本文提出了一种基于游标效应增敏的Lyot-Sagnac传感结构与Fabry-Pérot干涉仪(FPI)级联的光纤温度传感器。其中,Lyot-Sagnac传感结构是通过90°旋转熔接不同长度保偏光纤(PMF)制作而成的,FPI是... 为了有效提高检测灵敏度和实用性,本文提出了一种基于游标效应增敏的Lyot-Sagnac传感结构与Fabry-Pérot干涉仪(FPI)级联的光纤温度传感器。其中,Lyot-Sagnac传感结构是通过90°旋转熔接不同长度保偏光纤(PMF)制作而成的,FPI是利用空芯光子晶体光纤作为F-P腔制作的。理论分析结果表明,通过90°旋转熔接方法制作的Lyot-Sagnac传感结构输出光谱包络良好,与FPI级联利用游标效应能够显著提高传感器温度检测灵敏度。实验结果表明,级联传感器分别以Lyot-Sagnac传感结构中不同长度的PMF作为传感部位时,温度检测灵敏度为12.56 nm/°C和92.77 nm/°C。相比于单独的Lyot-Sagnac干涉结构,本文提出的传感器灵敏度提升了约57倍。此外,在同一测量带宽下,PMF1模式的测量范围是PMF2模式的9.3倍。因此,相较于传统游标效应光纤温度传感器,本文提出的双响应模式温度传感器不仅具有良好的检测灵敏度,而且利用同一光谱检测设备可有效适配不同检测范围与灵敏度需求的应用场景,为性能可调式光纤温度传感器的研发提供了一种新思路。 展开更多
关键词 光纤温度传感器 Lyot-Sagnac结构 游标效应 Fabry-Pérot干涉仪
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微纳光纤振动传感器设计与制作
9
作者 朱江转 陈晓雯 +2 位作者 徐思雨 张示城 许飞 《实验室研究与探索》 北大核心 2025年第9期59-62,74,共5页
为弥补现有声波传感器易受电磁干扰和环境影响的缺陷,设计制作了一种锥形微纳光纤振动传感器。通过多次对照重复实验,分别测量了相同声强条件下20~20000 Hz声波频率范围内的声波响应,以及800 Hz固定频率下不同声强对应的振幅变化,随后,... 为弥补现有声波传感器易受电磁干扰和环境影响的缺陷,设计制作了一种锥形微纳光纤振动传感器。通过多次对照重复实验,分别测量了相同声强条件下20~20000 Hz声波频率范围内的声波响应,以及800 Hz固定频率下不同声强对应的振幅变化,随后,利用软件对实验数据进行处理与分析。实验结果表明,该传感器检测的声波频率与实际声波频率、声波振幅与实际声强均高度吻合,示波器显示的检测波形具有良好的周期性。 展开更多
关键词 微纳光纤 振动传感器 氢气火焰高温拉伸 聚二甲基硅氧烷薄膜
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基于有限差分原理的温度场分布式光纤监测与重构方法
10
作者 赵悦琦 曾捷 +4 位作者 占俊 朱洋洋 卢睿昕 赵博涵 孙阳阳 《传感技术学报》 北大核心 2025年第7期1174-1181,共8页
及时准确获取燃油控制系统通油管道壳体在不同热载荷加载下的温度响应与分布规律,对于保障航空发动机安全服役,提升飞行品质具有重要意义。基于此,提出了一种基于有限差分原理(FDM)的结构表面温度场重构方法。利用ANSYS有限元方法,开展... 及时准确获取燃油控制系统通油管道壳体在不同热载荷加载下的温度响应与分布规律,对于保障航空发动机安全服役,提升飞行品质具有重要意义。基于此,提出了一种基于有限差分原理(FDM)的结构表面温度场重构方法。利用ANSYS有限元方法,开展了基于数值仿真的重构效果验证。构建了基于高空间分辨率光频域反射型分布式光纤传感器的通油管道壳体温度场监测与重构系统。实验结果表明,管道壳体顶面与侧面对应的温度场重构均方根误差分别为0.68℃和0.87℃。所提方法基于离散温度测点数据,实现了近似全局测量的温度场重构。解决了易燃易爆场合下燃油系统管道温度分布高密度在线监测与反演难题,能够为通油管道壳体结构改型与健康管理提供技术支撑。 展开更多
关键词 结构健康监测 温度场重构 有限差分原理 通油管道壳体 光频域反射型分布式光纤传感器
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一种基于法布里-珀罗干涉原理的高精度位移传感器
11
作者 陈艺征 唐艳 +3 位作者 蒋西平 鞠登峰 梁云 龙英凯 《传感技术学报》 北大核心 2025年第5期765-769,共5页
提出并论证了一种基于非本征法布里-珀罗干涉原理(EFPI)的光纤位移传感器,具有高达20 mm的量程和±0.1μm的分辨率。该传感器的关键特性是通过斜面结构,将较大的位移变化量转化为较小的干涉腔长变化量,使得当位移变化20 mm时,干涉... 提出并论证了一种基于非本征法布里-珀罗干涉原理(EFPI)的光纤位移传感器,具有高达20 mm的量程和±0.1μm的分辨率。该传感器的关键特性是通过斜面结构,将较大的位移变化量转化为较小的干涉腔长变化量,使得当位移变化20 mm时,干涉腔长的变化量不超过0.6 mm;而且该传感器具有极好的线性度和较小的温度灵敏度。该新型光纤位移传感器具有良好的机械鲁棒性、结构简单、寿命长、成本低和高分辨率等优点,有望在水利、建筑和岩土工程等领域的结构缝测量中得到应用。 展开更多
关键词 位移传感器 法布里-珀罗干涉 光纤 斜面结构
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飞秒激光加工光纤法布里-珀罗干涉仪高温传感器
12
作者 唐前浩 朱一新 +6 位作者 郑怀锦 李生杰 李春波 肖海兵 于永芹 杜晨林 阮双琛 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第5期283-292,共10页
光纤高温传感技术是一种新型的温度测量技术,在工业领域的应用中,不仅要求高温传感器精度高、稳定性好、响应快,而且希望降低传感器的制造成本。目前常见的光纤高温传感器结构过于追求灵敏度的提高而牺牲稳定性,同时,加工工艺复杂,难以... 光纤高温传感技术是一种新型的温度测量技术,在工业领域的应用中,不仅要求高温传感器精度高、稳定性好、响应快,而且希望降低传感器的制造成本。目前常见的光纤高温传感器结构过于追求灵敏度的提高而牺牲稳定性,同时,加工工艺复杂,难以批量制备。针对以上情况,采用飞秒激光微加工,设计并制作了一种基于法布里-珀罗干涉仪的高温光纤传感器。把飞秒激光束聚焦在光纤端面附近刻蚀宽度30μm、深度79μm的微腔,形成光纤法布里-珀罗干涉结构,并测试其高温传感特性。结果表明,最高测量温度可达800℃,高温灵敏度为11.3 pm/℃,线性度达99.7%。该结构具有良好的温度稳定性和重复性,在800℃下测得的最大温度偏差不超过±1.77℃。这种全光纤传感结构具有制造简单、成本低、体积小、可批量生产等优点,在石油勘探和热核反应堆等领域的远程温度测量方面具有一定的实用价值。 展开更多
关键词 高温传感 光纤传感器 微加工 飞秒激光
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压杆式光纤光栅位移传感器的研制 被引量：3
13
作者 朱万旭 宋天明 +1 位作者 刘丰荣 徐建丰 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2024年第4期83-87,共5页
基于光纤弹性应变与圆柱螺旋压缩弹簧轴向变形的传递机理,提出了一种压杆式光纤光栅位移传感器。推导出波长漂移与压簧自由端位移的关系式,采取光纤光栅两端夹持的应变传递封装,结合压簧、弹簧管与紧定装置组成弹性转换结构,采用线径0.6... 基于光纤弹性应变与圆柱螺旋压缩弹簧轴向变形的传递机理,提出了一种压杆式光纤光栅位移传感器。推导出波长漂移与压簧自由端位移的关系式,采取光纤光栅两端夹持的应变传递封装,结合压簧、弹簧管与紧定装置组成弹性转换结构,采用线径0.6 mm,中径6 mm,有效圈数14的压簧元件制备了传感器原型,并对其静态性能和温度响应特性进行了标定试验研究。结果表明:在15 mm的量程内,传感器的位移灵敏度为451.36 pm/mm,线性度为0.69%,重复性为1.54%,迟滞性为1.13%;应变、温补光栅的温度灵敏度分别为10.15,19.18 pm/℃,误差分别为1.39%,1.50%,具有良好的温度补偿效果。 展开更多
关键词 光纤光栅 位移传感器 压簧 温度补偿
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基于球形长周期光纤光栅的宽动态范围位移传感器实验研究
14
作者 程朴 覃慧玲 蒲亮 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2024年第2期252-256,共5页
[目的]针对光纤位移传感器动态范围窄的问题,设计一种结构简单、易于制备的气球形长周期光纤光栅(LPFG)位移传感器。[方法]采用RSOFT软件进行仿真与优化,得到光纤在不同曲率下的光谱形态,以此来确定测量区间。通过将多模光纤周期性嵌入... [目的]针对光纤位移传感器动态范围窄的问题,设计一种结构简单、易于制备的气球形长周期光纤光栅(LPFG)位移传感器。[方法]采用RSOFT软件进行仿真与优化,得到光纤在不同曲率下的光谱形态,以此来确定测量区间。通过将多模光纤周期性嵌入单模光纤形成的气球形长周期光纤光栅(MMF-BLPFG),提供用于测量位移的参考峰。使用精密的连续切割装置作为实验基础,制备与仿真结果一致的实验样品进行测试。[结果]通过测量2个谐振峰的漂移,实现了36 mm的最大位移测量范围。[结论]该研究成果在舰船水下疏水空间管系的稳定性测量和连续监测等需要大规模测量的场景中具有良好的应用潜力。 展开更多
关键词 光纤传感器 长周期光纤光栅 位移传感器 折射率调制 气球形传感器
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基于荧光猝灭原理的比率式光纤溶解氧传感器研究 被引量：3
15
作者 孟庆阳 张红霞 +2 位作者 赵永昆 贾大功 刘铁根 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期2445-2449,共5页
溶解氧浓度的准确测定在医疗应用、海洋监测、工农业生产等领域中,起到至关重要的作用。本篇论文提出了一种比率式光纤溶解氧传感器,以四乙氧基硅烷(TEOS)和正辛基三乙氧基硅烷(Octyl-triEOS)为前驱体的有机改性硅酸盐(ORMOSILs)作为载... 溶解氧浓度的准确测定在医疗应用、海洋监测、工农业生产等领域中,起到至关重要的作用。本篇论文提出了一种比率式光纤溶解氧传感器,以四乙氧基硅烷(TEOS)和正辛基三乙氧基硅烷(Octyl-triEOS)为前驱体的有机改性硅酸盐(ORMOSILs)作为载体基质,选用三(4,7-联苯-1,10-邻菲啰啉)二氯化钌(Ru(dpp)_(3)^(2+))为氧敏感染料,选用7-氨基-4-(三氟甲基)香豆素(AFC)为参比染料。吸收光谱表明,氧敏感染料和参比染料可以被中心波长为405nm的光源激发。发射光谱表明,氧敏感染料和参考染料的发射波长没有光谱重叠,因此可以使用比率法测量溶解氧浓度。通过溶胶-凝胶工艺制备的ORMOSILs将氧敏感染料和参比染料固定在塑料光纤端部,从而形成复合氧敏感薄膜,对传感膜的厚度和疏水性进行了表征,传感膜的厚度为569μm,水接触角为81°。将该传感器在水溶液中进行了测试,在光源激发下,氧敏感染料和参考染料在605和490nm处有明显的发射峰,随着溶解氧浓度的增加,氧敏感染料的荧光强度降低,而参比染料的荧光强度稳定在某一数值,通过测量氧敏感染料与参比染料的比率,达到检测氧浓度的目的。采用Stern-Volmer方程对溶解氧浓度和荧光强度比进行线性拟合,该传感器在0~20.05mg·L^(-1)溶解氧范围内,Stern-Volmer拟合度可达98.22%,灵敏度可达0.4334/[O_(2)],从饱和氮溶液到饱和氧溶液传感器的响应时间为12s,从饱和氧溶液到饱和氮溶液传感器的恢复时间为144s,引入非对称因子ASY表明传感时间的不对称性。对传感器的光稳定性和重复性进行了测试,比率式光纤传感器可以克服光源波动,相对单荧光强度传感有更强的稳定性。 展开更多
关键词 荧光猝灭原理 钌络合物 激发光谱 比率式光纤传感器 溶解氧 有机改性硅酸盐
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基于微纳光纤谐振环的温度传感器研究 被引量：5
16
作者 夏凤 杨乃凡 +2 位作者 林倩如 杨力凝 刘博 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期224-232,共9页
该项工作制作并验证了基于微纳光纤结型谐振环的高灵敏度且扩大测量范围的温度传感器。在微纳光纤谐振环中产生多个模式并参与谐振,多个模式谐振的光谱相互叠加,形成带包络的游标光谱。通过提取游标光谱的包络线,实现高灵敏度的温度测量... 该项工作制作并验证了基于微纳光纤结型谐振环的高灵敏度且扩大测量范围的温度传感器。在微纳光纤谐振环中产生多个模式并参与谐振,多个模式谐振的光谱相互叠加,形成带包络的游标光谱。通过提取游标光谱的包络线,实现高灵敏度的温度测量,灵敏度高达-10 nm/℃。但计算得到利用游标光谱时的温度测量范围仅约为4℃。为解决测量范围过小的问题,将包络光谱与单一频率组分对应的谐振光谱相结合,使测量范围扩大至约20℃。相比于单一频率组分对应的谐振光谱,利用游标包络光谱实现了灵敏度约1600倍的放大。该方案利用游标效应提高温度测量灵敏度的同时,利用单一频率组分对应的谐振光谱扩大了游标光谱的温度测量范围,提高了传感器的性能和实用性。 展开更多
关键词 光纤传感器 微纳光纤谐振环 游标光谱 温度测量 高灵敏度 测量范围扩展
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基于Sagnac干涉计谐波游标效应的光纤温度传感器 被引量：2
17
作者 杨玉强 张钰颖 +3 位作者 李雨婷 高佳乐 牟小光 毕磊 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期120-129,共10页
提出一种基于双萨格奈克(Sagnac)干涉计谐波游标效应的光纤温度传感器,在该传感器中,传感干涉计中熊猫光纤的长度约为参考干涉计中熊猫光纤的整数倍。理论分析与实验结果表明,当游标放大倍率相同时,基于谐波游标效应和基于普通光学游标... 提出一种基于双萨格奈克(Sagnac)干涉计谐波游标效应的光纤温度传感器,在该传感器中,传感干涉计中熊猫光纤的长度约为参考干涉计中熊猫光纤的整数倍。理论分析与实验结果表明,当游标放大倍率相同时,基于谐波游标效应和基于普通光学游标效应的双Sagnac干涉计具有相同的温度灵敏度,但谐波游标效应对应的熊猫光纤长度失谐量明显大于普通光学游标效应,且阶数越高对应的失谐量越大。由于失谐量越大,游标放大倍率越容易控制和实现,因此,从制备角度上讲,谐波游标效应明显优于普通光学游标效应。该研究可为后续光学游标效应的研究提供重要参考。 展开更多
关键词 光纤传感器 Sagnac干涉计 谐波游标效应 普通游标效应 温度传感
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基于OTDR的缠绕式光纤应变传感器研制及性能测试 被引量：1
18
作者 陶强胜 李英明 +3 位作者 王想君 范朝涛 郭德茂 段文聪 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期247-259,共13页
为了精确监测高应力软岩巷道岩体变形规律,基于光时域反射技术,研制了一种缠绕式光纤应变传感器,研究了传感器结构中的弹簧直径、节距、有效圈数及压缩位移对光纤光损耗数值与灵敏度的影响,并通过性能测试对传感器结构进行了优化。研究... 为了精确监测高应力软岩巷道岩体变形规律,基于光时域反射技术,研制了一种缠绕式光纤应变传感器,研究了传感器结构中的弹簧直径、节距、有效圈数及压缩位移对光纤光损耗数值与灵敏度的影响,并通过性能测试对传感器结构进行了优化。研究结果表明:传感器内光纤弯曲损耗与其空间螺旋结构的几何尺寸有显著关系,主要影响因素有光纤单位长度弯曲损耗、光纤弯曲半径、缠绕的节距及缠绕圈数,受弹簧线径影响较小。光纤初始损耗随着弯曲半径和节距的增大而减小,随缠绕圈数、压缩位移的增大而增大;初始灵敏度随弯曲半径、压缩位移的增大而减小,随节距的增大出现先增大后减小的趋势。当弹簧线径为1.2 mm、直径14 mm、节距14 mm、有效圈数4圈时,弹簧-光纤结构最大量程可以达到50 mm,将弹簧-光纤结构改进封装成传感段,并与延时段首尾相接能够组成一个完整的传感器,单个传感器的误差较小,测得的“光损耗-压缩位移”关系式具有良好的线性关系,能够实现100 mm的位移监测,且通过进一步改进可以实现更大量程。同时,多个传感器经串联后能够形成准分布式测量系统,可以有效实现巷道深部岩体和周边岩体变形的精确监测。 展开更多
关键词 巷道变形 光纤光学 光时域反射技术 位移传感器 弯曲损耗
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基于多模干涉的光纤冰体应变传感器
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作者 武瑞杰 刘铁根 +4 位作者 刘琨 江俊峰 王双 丁振扬 李致远 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期153-161,共9页
基于“单模-无芯-单模”光纤传感器对冰体进行应变测量研究。传感器以“分层冰冻”的方法植入冰体,冰体应变变化导致传感器干涉光谱波长偏移,通过监测光谱波长实现冰体应变测量。对于实际环境中已经存在的冰体,对“分层冰冻”方法进行优... 基于“单模-无芯-单模”光纤传感器对冰体进行应变测量研究。传感器以“分层冰冻”的方法植入冰体,冰体应变变化导致传感器干涉光谱波长偏移,通过监测光谱波长实现冰体应变测量。对于实际环境中已经存在的冰体,对“分层冰冻”方法进行优化,通过在冰面上铺设光纤,之后注水冰冻的方式,实现光纤在已有冰体中的植入。利用光谱相邻波谷温度灵敏度相近的特点,将相邻波谷波长差应用于应变测量,可以不受冰体温度变化影响。实验结果显示,冰体承载力大于500 g时,其应变显著增加,当承载力大于600 g时,冰体出现脆性断裂,传感器有效提取了该区间内冰体“韧-脆”转变过程中的应变信号。融化实验显示,传感器可以监测到冰体自然融化过程中完整的应变变化过程,测量结果不受冰体内部温度变化的影响。 展开更多
关键词 光纤 传感器 应变测量 冰体 承载力 光谱 温度
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用于检测痕量铅离子的功能化反射结构光纤干涉传感器
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作者 赵可 刘震 +3 位作者 刘露遥 余长源 潘竞顺 黄旭光 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2024年第4期167-175,共9页
铅离子(Pb^(2+))是日常生活中常接触的有毒重金属污染物之一。本研究开发了一种新型反射式光纤干涉传感器,用于检测痕量铅离子。该传感器结构由单模光纤、无芯光纤和细芯光纤(TCF)依次拼接而成。TCF的包层被氢氟酸部分腐蚀并涂覆功能化... 铅离子(Pb^(2+))是日常生活中常接触的有毒重金属污染物之一。本研究开发了一种新型反射式光纤干涉传感器,用于检测痕量铅离子。该传感器结构由单模光纤、无芯光纤和细芯光纤(TCF)依次拼接而成。TCF的包层被氢氟酸部分腐蚀并涂覆功能化的水凝胶传感膜。该传感膜选用甲基丙烯酸2-羟基乙酯(2-HEMA)作为识别单体。2-HEMA中的氧原子能与Pb^(2+)发生配体-受体相互作用,形成“-O-Pb-O-”交联结构,从而改变TCF的新包层有效折射率。因此,可以通过观察反射光谱中光信号的变化来检测水溶液中Pb^(2+)的浓度。所提出的传感器具有很高的检测灵敏度(1.926×10^(9)nm·mol^(-1)·L),其检测极限为4.14 ppt(1 ng·L^(-1)=1 ppt),比世界卫生组织(WHO)规定的饮用水中Pb^(2+)(10 ppb,1μg·L^(-1)=1 ppb)浓度低1000倍。此外,利用一个方程组实现了该传感器的温度自校准功能,成功地消除了环境温度的干扰。由于该传感器良好的特异性、稳定性以及反射式结构,非常便于实时远程检测,为环境和人类健康监测提供了广阔的前景。 展开更多
关键词 铅离子浓度 光学传感 反射式干涉结构 光纤传感器 温度干扰
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