CN108871419A - 多物理量光纤传感系统、其反馈回路控制以及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多物理量光纤传感系统、其反馈回路控制以及其检测方法，传感系统包括光栅传感光路单元、信号处理单元、反馈回路以及相移光纤光栅增敏结构。该传感系统实现解调精度高，可同时测量超声、应变和温度的目的；该系统的反馈回路包括数据采集模块、滤波器，比例‑积分‑微分控制器(PID)，执行电路，以实现激光器波长对外界干扰变化的实时跟随，使相移光栅传感系统处于平衡位置。本发明解决了现有光纤布拉格光栅传感系统对超声波等高频信号不敏感的问题，解决了普通光纤光栅系统无法同时检测温度与应变的问题，并且提高了现有相移光纤光栅超声检测的灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及传感器领域，特别是涉及一种信号增敏装置及光纤多物理量检测系统。
背景技术
光纤布拉格光栅作为一种光纤传感器件，由于其体积小、重量轻、耐腐蚀、抗电磁干扰等独特优点，可替代普通电学应变片，在结构健康监测等领域具有广泛应用前景。光纤光栅的测量原理是当它感受到温度、应变、振动等物理量影响时，会引起光纤有效折射率和光栅周期等参数的变化，从而导致光纤布拉格光栅中心波长发生变化。目前在航空航天、土木工程和医学等领域已得到广泛应用。
传统光纤光栅解调设备带宽仅为2KHz，精度为2pm(约20με)。而随着对高精度传感器的需求的日益增加，受制于较长的光栅长度以及较缓的光谱谐波，现有带宽普遍低于500KHz,精度远低于压电材料传感器。相移光纤光栅作为一种非均匀周期的光栅，具有窄带透射峰及高斜率的斜边的性能，使其拥有高灵敏度传感特性，现成功用于裂纹、冲击等各类损伤的超声检测。该相移光纤光栅是在均匀折射率的光纤布拉格光栅中，在某一特定位置上引入π的相位偏移，由此可以将相移光栅看作由同一根光纤上的相位不同的两个子光栅构成，这两个子光栅类似Fabry-Perot谐振腔,允许谐振波长的光进入光栅阻带，在阻带中打开一个线宽极窄的投射窗口。该带宽远小于传统光栅的反射带宽，且具有陡峭的光谱斜边，其中心波长对应变，温度等外界影响非常敏感，因此适用于高精度传感领域。
另一方面，传统的光纤光栅传感系统对温度与应变同时敏感，即均能引起光栅中心波长的变化，使得无法仅仅通过光栅波长中心波长的变化区分温度与应变的影响，存在交叉敏感的问题，而且目前能同时区分并测量温度、应变及超声波的检测方法灵敏度低、没有足够的带宽以及解调系统复杂的问题，如能同时测量多个物理量，可以为后续的建筑物健康诊断提供更为全方位的信息。比如，用温度对超声探伤中的基准进行校正以及超声损伤定位、定量的分析校准。鉴于此，本发明提出一种能同时测量超声波、温度以及应变的光纤传感系统设计方法。
发明内容
本发明的第一个目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供一种双通道光纤光栅检测系统及检测方法，该系统及方法可以同时针对宽带超声波、窄带共振超声波、应变及温度实现高精度测量，并且提高检测材料损伤的灵敏度。
为了实现上述效果，本发明提供的一种信号接收装置，包括可调谐激光器、耦合器、第一环形器、相移光纤光栅、平衡光电探测器、光纤布拉格栅、第二环形器、光电探测器和数据采集模块。
其中，第一环形器、相移光纤光栅和平衡光电探测器共同构成第一光路；第二环形器、光纤布拉格光栅和光电探测器共同构成第二光路；可调谐激光器、数据采集模块、滤波器、PID控制器和执行电路构成反馈回路。
所述可调谐激光器的输出端与1×2耦合器的入射端连接；1×2耦合器的第一个出射端与第一环形器的入射端连接；第一环形器的反射端与相移光纤光栅的入射端连接；相移光纤光栅的出射端与平衡光电探测器的第一入射端连接；第一环形器的出射端与平衡光电探测器的第二入射端连接；平衡光电探测器的出射端与数据采集模块的入射端连接；
1×2耦合器的第二个出射端与第二环形器的入射端连接；第二环形器的反射端与光纤布拉格光栅的入射端连接；第二环形器的出射端与光电探测器的入射端连接；光电探测器的出射端与数据采集模块的入射端连接；
所述数据采集模块的输出端与滤波器输入端连接，滤波器的低频信号输出端与PID控制器的输入端连接，PID控制器的输出端与执行电路的输入端连接，执行电路的输出端与可调谐激光器的输入端连接。
具体工作过程如下：所述可调谐激光器输出的光经过所述1×2耦合器后分成第一光路和第二光路，所述第一光路通过所述第一环形器入射到所述相移光纤光栅后，通过所述相移光纤光栅增敏装置后增大信号强度，并通过所述第一环形器输出相移光栅反射传感信号；所述第二光路通过所述第二环形器入射到光纤光栅后，通过所述第二环形器输出光纤光栅传感信号；所述相移光栅反射传感信号和相移光栅透射信号经过平衡光电探测器转换成模拟信号，通过数据采集模块实现对超声及温度的检测。所述光纤布拉格光栅传感信号经过光电检测器后转换成模拟信号后，经过所述数据采集模块实现对应变的检测。具体地，所述相移光纤光栅用于检测超声波与温度。在反馈回路中，所述数据采集模块采集各个频带的数据，并将这些数据通过滤波器分离高频和低频信号，低频信号作为反馈信号提供给PID控制器,PID控制器输出控制信号进入执行电路，执行电路控制可调谐激光器控制激光器的波长，通过激光器波长的调节使波长重新位于相移光栅光谱陡峭斜坡处，实时实现对外界干扰的跟随，使整个传感系统处于最佳检测状态。
具体地，相移光纤光栅反射传感信号与透射信号均通过光栅增敏装置传入光电平衡检测器，平衡光电检测器放大交流信号的同时消除直流分量。
具体地，相移光纤光栅增敏装置连接光栅与待测环境中。
具体地，光栅增敏装置增敏方法在于：在相移光栅两端建立桥式共振结构，使得相移光栅与待测环境形成空隙，当超声波信号通过桥式共振结构后，可通过公式求得共振频率，公式为其中l为相移光栅到达胶两端的长度,cf为超声波在光纤中传播的群速度，fn为共振频率。对共振频率及其倍频信号有放大的效果，增强超声检测的灵敏度。
具体地，所述光纤布拉格光栅整体粘贴在待测环境中。
具体地，所述检测系统对低频信号要求超声宽带型，对高频信号要求共振型。
具体地，所述反馈回路控制方法如下：激光器的波长的调节使其位于相移光栅光谱陡峭斜坡处，此时传入的反射和透射两路信号通过平衡光电检测器后会使转换的电压信号成倍放大，同时抵消掉直流分量，但由于外界干扰的影响，相移光栅中心波长发生偏移，无法到达相移光栅光谱陡峭斜坡处。因此通过数据采集模块采集各个频带的数据，滤波器将数据采集模块采集到的各个频带的信号分离成高频和低频信号。低频信号作为反馈信号提供给PID控制器，控制器输出控制信号进入执行电路，执行电路控制可调谐激光器的波长使光的波长位于相移光栅光谱的陡峭斜坡处，让整个相移光栅传感系统重新处于平衡位置。
具体地，光纤光栅系统同时检测宽带超声波、共振超声波、温度及应变的方法如下：
通过光电检测器可以将高频超声信号记录为电压振动信号，光纤布拉格光栅可以接收全频带的超声信号，但是由于没有增敏结构，灵敏度较低，桥式结构的相移光栅能接收并放大特定的共振频率的超声，灵敏度高。两个光栅传感器同时探测超声，既能很好地放映超声的全貌，又有利于提取其中的关键信息。当低频信号应变与温度传入相移光栅与光纤光栅后，由于相移光纤光栅与待测环境没有直接接触，因而对应变不敏感，仅能检测温度信号，光纤光栅可检测应变及温度信号。鉴于外界环境对检测信号的干扰，通过反馈回路调节激光器波长使相移光栅传感系统重新到达平衡位置，由于激光器波长的重新调节，光纤光栅感应的中心波长发生偏移，因此计算应变变化量时应减去激光器造成的波长偏移量，以此求出外界温度与应变的变化量，实现对超声波、温度及应变的同时测量，公式如下：
其中，△λPS-FBG为相移光栅的波长变化量，λPS-FBG为相移光栅的中心波长，△λFBG为光纤布拉格光栅的波长变化量，△λlaser为激光器调节引起的波长偏移量，λFBG为光纤光栅的中心波长，CT1为相移光栅的温度系数，CT2为光纤光栅的温度系数，Cε为光纤光栅的应变系数，△T为温度变化量，△ε为应变变化量。
为解决上述技术问题，本发明中的一种新型多物理量光纤传感系统，包括如上任意一项所述信号接收装置和解调模块。
基于上述过程，与现有的光纤布拉格光栅传感系统相比，所述的一种新型多物理量光纤传感系统以窄带激光器为光源，以相移光纤光栅和光纤光栅为传感主体，利用相移光纤光栅的光栅长度及陡峭斜峰，结合平衡光电检测器以及相移光纤光栅增敏装置对接收信号的放大与去噪，并通过反馈回路进行对外界干扰的闭环控制，使得对超声波及温度的感应更为敏感，再以普通光纤布拉格光栅对应变进行检测，因此本发明能具有同时感应超声波、应变及温度的优势。
本发明有效解决传统光纤布拉格光栅无法对超声波进行高灵敏度检测的问题，且解决光纤光栅检测系统对超声波、应变及温度无法同时检测检测的问题，该系统的增敏设计提高了超声检测的灵敏度，解调精度高，测量范围大。
附图说明
图1是本发明实施例中一种信号接收的系统示意图；
图2是本发明实施例中相移光栅增敏结构设计图；
图3是本发明实施例中光纤光栅粘贴方式图；
图4是本发明实施例中平衡光电检测器信号转换示意图；
图中：1-可调谐激光器，2-1×2耦合器，3-第一环形器，4-相移光纤光栅，5-平衡光电检测器，6-第二环形器，7-光纤布拉格光栅，8-光电检测器，9-数据采集模块，10-滤波器，11-PID控制器，12-执行电路。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的实施例作详细说明。
本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体地操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，本实例包括：可调谐激光器，1×2耦合器，第一环形器、相移光纤光栅、平衡光电探测器、第二环形器、光纤布拉格光栅、光电探测器和数据采集模块，滤波器，PID控制器，执行电路。
其中，第一环形器、相移光纤光栅、平衡光电探测器共同构成超声探测第一光路；第二环形器、光纤布拉格光栅、光电探测器共同构成应变检测第二光路；可调谐激光器、数据采集模块、滤波器、PID控制器、执行电路构成反馈回路。
所述可调谐激光器的输出端与1×2耦合器的入射端连接；1×2耦合器的第一个出射端与第一环形器的入射端连接；第一环形器的反射端与相移光纤光栅的入射端连接；相移光纤光栅的出射端与平衡光电探测器的第一入射端连接；第一环形器的出射端与平衡光电探测器的第二入射端连接；平衡光电探测器的出射端与数据采集模块的入射端连接。
1×2耦合器的第二个出射端与第二环形器的入射端连接；第二环形器的反射端与光纤布拉格光栅的入射端连接；第二环形器的出射端与光电探测器的入射端连接；光电探测器的出射端与数据采集模块的入射端连接。
所述数据采集模块的输出端与滤波器输入端连接，滤波器的低频信号输出端与PID控制器的输入端连接，PID控制器的输出端与执行电路的输入端连接，执行电路的输出端与可调谐激光器的输入端连接。
所述可调谐激光器输出的光经过所述1×2耦合器后分成第一光路和第二光路，所述第一光路通过所述第一环形器入射到所述相移光纤光栅后，通过所述相移光纤光栅增敏装置后增大信号强度，并通过所述第一环形器输出相移光栅反射传感信号；所述第二光路通过所述第二环形器入射到光纤光栅后，通过所述第二环形器输出光纤光栅传感信号；所述相移光栅反射传感信号和相移光栅透射信号经过平衡光电探测器转换成模拟信号，通过数据采集模块实现对超声及温度的检测。所述光纤布拉格光栅传感信号经过光电检测器后转换成模拟信号后，经过所述数据采集模块实现对应变的检测。具体地，所述相移光纤光栅用于检测超声波与温度。在反馈回路中，所述数据采集模块采集各个频带的数据，并将这些数据通过滤波器分离高频和低频信号，低频信号作为反馈信号提供给PID控制器,PID控制器输出控制信号进入执行电路，执行电路控制可调谐激光器控制激光器的波长，通过激光器波长的调节使波长重新位于相移光栅光谱陡峭斜坡处，实现对外界干扰的跟随，使整个相移传感系统重新处于平衡状态。
本发明的一个实施例中，相移光纤光栅反射传感信号与透射信号均通过光栅增敏装置增大超声信号，信号再传入平衡光电检测器放大交流信号。
本发明中可同时检测超声波、温度与应变，鉴于相移光栅感应超声的灵敏度远高于普通光纤光栅，因此利用相移光栅传感系统可将动态超声信号直接记录为高频电压振动，当低频信号应变与温度传入相移光栅与光纤光栅后，由于相移光栅在布置增敏装置后对应变不敏感，仅能检测温度信号，光纤光栅可检测应变与温度信号，随着外界环境的变化，通过反馈回路调节激光器波长后，会使光纤光栅的中心波长发生偏移，因此计算应变变化量时应减去激光器造成的波长偏移量，通过数据采集模块的数字高通滤波器区分超声波、温度与应变，可利用公式求出外界温度与应变的变化量，实现对温度及应变的同时测量，其中，△λPS-FBG为相移光栅的波长变化量，λPS-FBG为相移光栅的中心波长，△λFBG为光纤布拉格光栅的波长变化量，△λlaser为激光器调节引起的波长偏移量，λFBG为光纤光栅的中心波长，CT1为相移光栅的温度系数，CT2为光纤光栅的温度系数，Cε为光纤光栅的应变系数，△T为温度变化量，△ε为应变变化量。
如图2所示为光栅增敏结构设计示意图，在相移光纤光栅两端使用粘结剂使其连接到试件上，试件与相移光纤光栅有空隙，形成桥式共振结构，当特定频率(共振频率)的超声波通过桥式结构时，使得装置产生共振效应，相移光纤光栅感应到的超声信号及其倍频信号均会增大，通过方程可以计算出准确的共振频率，其中l为光纤到两端粘接胶的长度，cf为超声波在光纤中传播的群速度，fn为共振频率。如可设置当l＝18mm时，可通过实验得出f1＝138.9kHz,f2＝279.2kHz,f3＝418.1kHz等多个共振频率的值，f通过改变l的长度可以得到需要的共振频率，特定的高频超声信号的增强可以实现对外界环境的高灵敏超声传感。图3所示为光纤光栅粘贴方式图，利用粘结剂使光栅栅区直接连接到试件上，光纤光栅能感受到试件上传入的应变，对应变尤为敏感，可检测桥式共振结构中的相移光栅无法直接检测的应变，与相移光栅传感器相结合同时测量超声波、应变与温度。
如图4所示为平衡光电探测器信号转换示意图，平衡光电检测器内部有两个光电检测器，放大器以及带通滤波器，可将检测信号进行放大及滤波。具体方法如下：在实验开始前，调节激光器的波长，使其到达相移光栅光谱陡峭斜坡处，使通过平衡光电探测器的两路初始反射和投射信号直流分量相互抵消，放大交流信号，到达平衡状态。当超声波在通过相移光纤光栅时中心波长发生偏移，将相移光纤光栅反射与透射的信号分别输入平衡光电探测器的P1和P2两个端口，将中心波长的偏移量转换成电信号，输出的电信号与相移光栅中心波长的关系为Vs＝2ΔλsGRDPg，其中Vs为检测的电压信号，Δθs为中心波长偏移量，G为光栅斜率，RD为光电检测器响应，P为输入的激光功率，g为放大器的增益设置，此时转换后的电压信号是单个探测器接收的信号的两倍。平衡光电探测器可以消除信号的直流分量，仅留下有效的交流信号，并且使其交流信号的幅值放大的同时消除激光噪声及共模噪声，增强超声检测的灵敏度。
本发明有效解决传统光纤布拉格光栅无法对超声波进行有效检测的问题，实现同时对超声波、温度以及应变多个物理量的高灵敏检测，该系统的增敏设计提高了超声检测的灵敏度，解调精度高，测量范围广。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所述方法，或直接或间接运用在其他相关的技术邻域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种多物理量光纤传感系统，其特征在于，所述装置包括可调谐激光器(1)、耦合器(2)、第一环形器(3)、相移光纤光栅(4)、平衡光电探测器(5)、第二环形器(6)、光纤布拉格光栅(7)、光电探测器(8)和数据采集模块(9)、滤波器(10)、PID控制器(11)、执行电路(12)；
其中，所述可调谐激光器(1)经耦合器(2)分成第一光路和第二光路；
第一环形器(3)、相移光纤光栅(4)、平衡光电探测器(5)共同构成第一光路；第二环形器(6)、光纤布拉格光栅(7)、光电探测器(8)共同构成第二光路；第一光路、第二光路的输出端连接到数据采集模块(9)上，数据采集模块(9)、滤波器(10)、PID控制器(11)、执行电路(12)、可调谐激光器(1)构成反馈回路。
2.如权利要求1所述的一种多物理量光纤传感系统，其特征在于，所述可调谐激光器(1)的输出端与耦合器(2)的入射端连接，耦合器(2)的第一个出射端与第一环形器(3)的入射端连接，第一环形器(3)的反射端与相移光纤光栅(4)的入射端连接，相移光纤光栅(4)的出射端与平衡光电探测器(5)的第一入射端连接；第一环形器(3)的出射端与平衡光电探测器(5)的第二入射端连接，平衡光电探测器(5)的出射端与数据采集模块(9)的入射端连接。
3.如权利要求1所述的一种多物理量光纤传感系统，其特征在于，所述耦合器(2)的第二个出射端与第二环形器(6)的入射端连接，第二环形器(6)的反射端与光纤布拉格光栅(7)的入射端连接；第二环形器(6)的出射端与光电探测器(8)的入射端连接，光电探测器(8)的出射端与数据采集模块(9)的入射端连接。
4.如权利要求1所述的一种多物理量光纤传感系统，其特征在于，所述数据采集模块(9)的输出端与滤波器(10)的输入端连接，滤波器(10)的低频信号输出端与PID控制器(11)的输入端连接，PID控制器(11)的输出端与执行电路(12)的输入端连接，执行电路(12)的输出端与可调谐激光器(1)的输入端连接。
5.如权利要求1至4任一项所述的一种多物理量光纤传感系统，其特征在于，所述相移光纤光栅反射信号与透射信号均通过光栅增敏装置，并被平衡光电探测器接收。
6.如权利要求5所述的一种多物理量光纤传感系统，其特征在于，所述相移光栅增敏装置采用桥式共振结构，其两端通过粘合剂并有间隙的粘结在待测试件表面。
7.如权利要求5所述的光一种多物理量光纤传感系统，其特征在于，当超声波信号通过桥式共振结构后，通过公式求得共振频率，所述公式为其中l为相移光栅到达胶两端的长度，cf为超声波在光纤中传播的群速度，fn为共振频率。
8.如权利要求6所述的一种多物理量光纤传感系统，其特征在于，所述光纤布拉格光栅整体粘贴在待测试件表面上。
9.如权利要求1所述的系统反馈回路控制方法，其特征在于，所述控制方法如下：
激光器的波长的调节使其位于相移光栅光谱陡峭斜坡处，此时通过数据采集模块采集各个频带的数据，滤波器将数据采集模块采集到的各个频带的信号分离成高频和低频信号；低频信号作为反馈信号提供给PID控制器，PID控制器输出控制信号进入执行电路，执行电路控制可调谐激光器的波长使光的波长位于相移光栅光谱的陡峭斜坡处，让整个相移光栅传感系统重新处于平衡位置。
10.多物理量光纤传感检测方法，其特征在于，所述检测方法如下：
通过光电检测器将高频超声信号记录为电压振动信号，光纤布拉格光栅接收全频带的超声信号，桥式结构的相移光栅接收并放大特定的共振频率的超声；当低频信号应变与温度传入相移光栅与光纤光栅后，仅检测温度信号，光纤布拉格光栅检测应变及温度信号；随着外界温度的变化，通过反馈回路调节激光器波长使相移光栅传感系统重新到达平衡位置，通过以下公式实现对超声波、温度及应变的同时测量：
其中，△λPS-FBG为相移光栅的波长变化量，λPS-FBG为相移光栅的中心波长，△λFBG为光纤布拉格光栅的波长变化量，△λlaser为激光器调节引起的波长偏移量，λFBG为光纤光栅的中心波长，CT1为相移光栅的温度系数，CT2为光纤光栅的温度系数，Cε为光纤光栅的应变系数，△T为温度变化量，△ε为应变变化量。
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110736436A (zh) * | 2019-09-01 | 2020-01-31 | 天津大学 | 基于波长跟随的相移光纤光栅传感灵敏度稳定系统及方法 |
| CN110967120A (zh) * | 2019-11-08 | 2020-04-07 | 厦门彼格科技有限公司 | 一种基于斜坡滤波器的高精度激光波长测量仪 |
| CN111174827A (zh) * | 2019-12-10 | 2020-05-19 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 基于光纤传感的智能螺杆及其应用 |
| CN112595945A (zh) * | 2021-01-05 | 2021-04-02 | 西安理工大学 | 一种fbg温度补偿的光纤局部放电检测装置及方法 |
| CN113701647A (zh) * | 2020-05-22 | 2021-11-26 | 浙江中能工程检测有限公司 | 一种基于光纤简支梁结构的钢表面涂层厚度测量装置 |
| CN114754818A (zh) * | 2022-04-22 | 2022-07-15 | 王盼 | 一种间隔条带充填膏体应力与温度监测方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5581642A (en) * | 1994-09-09 | 1996-12-03 | Deacon Research | Optical frequency channel selection filter with electronically-controlled grating structures |
| US20090059209A1 (en) * | 2007-09-05 | 2009-03-05 | An-Dien Nguyen | Lock-in demodulation technique for optical interrogation of a grating sensor |
| CN103335979A (zh) * | 2013-07-16 | 2013-10-02 | 山东省科学院激光研究所 | 基于复合腔光纤激光器的高灵敏度内腔气体检测仪 |
| CN105277271A (zh) * | 2014-07-22 | 2016-01-27 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种超声振动的相移光纤光栅传感探测系统及其应用 |
| CN208704784U (zh) * | 2018-04-20 | 2019-04-05 | 南京航空航天大学 | 多物理量光纤传感系统 |
-
2018
- 2018-04-20 CN CN201810359103.5A patent/CN108871419B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5581642A (en) * | 1994-09-09 | 1996-12-03 | Deacon Research | Optical frequency channel selection filter with electronically-controlled grating structures |
| US20090059209A1 (en) * | 2007-09-05 | 2009-03-05 | An-Dien Nguyen | Lock-in demodulation technique for optical interrogation of a grating sensor |
| CN103335979A (zh) * | 2013-07-16 | 2013-10-02 | 山东省科学院激光研究所 | 基于复合腔光纤激光器的高灵敏度内腔气体检测仪 |
| CN105277271A (zh) * | 2014-07-22 | 2016-01-27 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种超声振动的相移光纤光栅传感探测系统及其应用 |
| CN208704784U (zh) * | 2018-04-20 | 2019-04-05 | 南京航空航天大学 | 多物理量光纤传感系统 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| QI WU等: "Fiber Sensor Based on Interferometer and Bragg Grating for Multiparameter Detection", 《IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS》, vol. 27, no. 20, pages 1345 - 1348, XP011582777, DOI: 10.1109/LPT.2015.2421350 * |
| QI WU等: "High-sensitivity ultrasonic phase-shifted fiber Bragg grating balanced sensing system", 《OPTICS EXPRESS》, vol. 20, no. 27, pages 28353 - 28362 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110736436A (zh) * | 2019-09-01 | 2020-01-31 | 天津大学 | 基于波长跟随的相移光纤光栅传感灵敏度稳定系统及方法 |
| CN110736436B (zh) * | 2019-09-01 | 2021-07-06 | 天津大学 | 基于波长跟随的相移光纤光栅传感灵敏度稳定方法 |
| CN110967120A (zh) * | 2019-11-08 | 2020-04-07 | 厦门彼格科技有限公司 | 一种基于斜坡滤波器的高精度激光波长测量仪 |
| CN110967120B (zh) * | 2019-11-08 | 2021-09-07 | 厦门彼格科技有限公司 | 一种基于斜坡滤波器的高精度激光波长测量仪 |
| CN111174827A (zh) * | 2019-12-10 | 2020-05-19 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 基于光纤传感的智能螺杆及其应用 |
| CN113701647A (zh) * | 2020-05-22 | 2021-11-26 | 浙江中能工程检测有限公司 | 一种基于光纤简支梁结构的钢表面涂层厚度测量装置 |
| CN112595945A (zh) * | 2021-01-05 | 2021-04-02 | 西安理工大学 | 一种fbg温度补偿的光纤局部放电检测装置及方法 |
| CN114754818A (zh) * | 2022-04-22 | 2022-07-15 | 王盼 | 一种间隔条带充填膏体应力与温度监测方法 |
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| Publication number | Publication date |
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