CN1230253A - 光纤光栅横向应变传感器*** - Google Patents

光纤光栅横向应变传感器*** Download PDF

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Abstract

一种探测光纤所受横向应力的***和方法,包括一个产生具有较宽频谱的光束的光源(32),一个光纤(22),一个光纤内的光栅(26)和一个频谱分析仪(54)。光束经位于光纤芯(24)内的光栅反射或透射,光栅通过直接承受压力而受到横向应力。当受到横向应力时,光栅产生的反射或透射光束的频谱具有两个峰或两个最小值,其间距和/或展宽表示光纤受到的力。采用一个或多个探测器来探测光栅的反射光或透射光以产生代表所施加的力的输出。可以采用多个光栅和探测器以便在沿着光栅的不同地点同时测量温度或受力。

Description

光纤光栅横向应变传感器***
美国政府的权利
本发明是在美国政府的支持下，在NASA提供的合同NAS1-20638下完成的。美国政府对本发明具有一定的权利。
发明背景
需要一种准确而灵敏的环境传感器***以测量横向应变和横向应变梯度。还需要一种基于几乎与温度无关的或可进行温度补偿的横向应变测量的压力传感器。这种类型的横向传感器***的应用包括飞行器内或空间结构内的横向应变的定位、识别和测量。为了完成它们的任务，必须实时提供这些结构的状态的连续指示，包括横向应力载荷。可以采用基于横向应变的几乎与温度无关或可进行温度补偿的光纤光栅压力传感器来测量液氧和液氢舱或其它危险区域的压力。这些传感器的民用结构应用包括测量贯穿桥梁、建筑或高速公路结构的横向应变以及矿井顶部的横向受力。这些传感器还可支持那些可用于在受到诸如地震或飓风等灾害之后，鉴定居民和商业建筑的结构损害的***。压力传感器可用于许多工业应用包括食品和化学制品的工艺控制。
这些传感器的其它应用包括出现智能结构的领域，其中传感器用来监测环境参数，这些参数用来增加生产，进行无损检验，实现对结构的健康监测***以及增加控制***。这些结构需要实时地连续监测其状况。它们必须能够在较低功耗下工作非常长的时间。用来支持这些***的传感器必须能准确测量环境信号的微小变化并仍能保持宽的动态范围。
人们提出了光纤光栅做为具有满足这些要求的潜力的光纤光学传感器。光纤光栅的制作是在光纤的芯内掺入诸如锗的材料。当受到光照时，发现掺入适当芯杂质的硅基光纤的光学芯的折射率发生了变化。通过采用相位掩膜或干涉激光束，表明有可能造成沿光纤芯长度的折射率的多重变化从而形成一个内部光栅结构。在形成光纤光栅的过程中调整周期间隔可以改变其频谱透射和反射特性。
当光纤光栅受到诸如应变、温度、压力或振动等环境效应的影响时，光纤的长度发生变化，相应地光纤光栅的周期也要改变。做为一个例子，W.W.Morey在“分布式光纤光栅传感器”，第七届光纤传感器会议文集，285-288页，悉尼，澳大利亚，1990年12月的文章中报告在833nm对Andrew PM光纤的典型温度变化为0.0043nm每摄氏度，在824nm对Corning Flexcore光纤该值为0.0074nm每摄氏度。当光纤受应力时，光纤的长度也改变。Morey测到的Bragg波长变化的结果是在820nm波长移动为5.2x10-4nm每微应变。
许多应用要求同时测量温度和应变。E.Udd和T.E.Clark，在“用来探测环境效应的光纤光栅传感器***”，美国专利5,380,995中介绍了可以采用两个重叠的工作在不同波长例如1.3μm和1.5μm的光纤光栅，在单个点上测量两个环境参数例如应变和温度。最近，M.G.Xu,H.Geiger和J.P.Dakin在“基于复用点和按步连续的光纤光栅的传感器：用于结构监测的实用传感器？”，SPIE文集，2294卷，69-80页，1994年的文章中证明了采用1.3μm和0.85μm波长和重叠的光纤光栅对点同时测量应变和温度。为了对结构内部的应变进行完整的测量，经常需要测量应变的所有三个分量。R.M.Measures,D.Hogg,R.D.Turner,T.Vallis和M.J.Giliberto在“结构一体的光纤光学应变片花”，SPIE文集，986卷，32-42页，1988年的文章中证明了一种由三个独立的光纤传感器构成的光纤光学应变片花。由于这些光纤传感器配置得不好而且没有采用补偿温度漂移的手段，这些片花的用途非常有限。Eric Udd在美国专利申请08/438,025，“多参数光纤光栅***”中介绍了一种基于写在双折射光纤上的双层重叠的光纤光栅的光纤光栅传感器，它允许测量三个轴的应变和温度，包括横向应变。但是，需要不断提高和改进横向应变测量能力以及对压力和应变梯度的支撑测量。
本发明简介
在本发明中，在一个单模光纤上写入一个光纤光栅以形成一个横向应变传感器。如果光纤是普通的单模光纤，当横向应变加到光纤上时，导致光纤光栅谱的线形***成两个峰。可以对这两个峰的频谱间距进行测量，它代表着光纤横向载荷的大小。这种方法在光纤光栅横向传感器的取向相对于所加载荷的方向是未知的情况下有用。做为一个例子，采用一个安装在pultruded式光束内的光纤光栅横向传感器支持并进行对矿井顶部的测量可能是这种情况。但是当横向受力较小时，频谱的峰靠得很近使得很难准确测量峰和峰的间距。通过在能够感生应变双折射的双折射光纤例如具有椭圆形芯或包层的偏振保持光纤上写入光纤光栅，有可能使频谱的峰显著分开以便准确测量横向受力的微小变化。对于不对称的光纤包层，例如那些具有椭圆形包层或侧向气孔的光纤，压力的变化将导致横向应变的变化。当在这种类型的光纤的芯上写入光纤光栅时，可用于构成光纤压力传感器。由于由应力感生的两个峰之间的频谱间距比较小，由温度引起的峰和峰的间距的变化将很小。但是，峰的整体频谱移动将以一种类似于普通光纤光栅的方式对应变和温度作出响应，因而可以采用Udd和Clark所介绍的双层重叠光纤光栅进行测量。
本发明的***可用来支持采用工作在不同波长的复用光纤光栅和或时分复用技术对应变或压力进行多重测量。
因此，本发明的一个目的是提供一种由写在普通单模光纤上的光纤光栅构成的传感器***，以测量与受力方向无关的横向应变。
本发明的另一个目的是提供一个可测量一个时变的环境信号的幅度和位置的环境传感器***。
本发明的另一个目的是提供一个能测量横向应变的很小变化的横向应变传感器。
本发明的另一个目的是测量压力。
本发明的另一个目的是测量横向应变梯度。
本发明的另一个目的是测量横向应变梯度并确定它们相对于光纤轴向的取向。
本发明的另一个目的是提供一个可测量矿井的横向受力的***。
本发明的另一个目的是提供用于工艺控制的点的压力和温度复用传感器。
本发明的另一个目的是提供沿单个光纤的长度对横向应变和压力/温度的测量。
本发明的另一个目的是提供水坝完整性的结构信息，以便对使用者需要采取的正确行动进行预警。
在考虑下面给出的详细介绍和所附的图之后，专业技术人员将明显看到本发明的这些和其它目的以及优点。
附图简介
图1是写在圆形对称的单模光纤上的光纤光栅的图。
图2示出了配置成工作在反射模式的基本光纤光栅解调***。
图3A示出了写入圆形对称光纤的光纤光栅在没有受到横向力时反射频谱的线形，图3B则示出了写入圆形对称光纤的光纤光栅在受到横向力时反射频谱的线形。
图4示出了在一个光纤内的复用光纤光栅，它们做在一个承受横向力的棒中。
图5示出了双折射光纤，它可能是偏振保持光纤，在其芯上写了一个光纤光栅。
图6示出了双折射光纤，它可能是偏振保持光纤，在其芯上写了一个双层重叠的光纤光栅。
图7A和图7B示出了分别写在3M偏振保持双折射光纤上的1300nm和1550nm双层重叠光纤光栅的反射频谱。
图8A,8B,8C,8D,8E,8F和8G示出了各种类型的双折射偏振保持光栅的横截面。
图9示出了一个基于光纤光栅的压力传感器，它以在具有侧向气孔的光纤上写入光纤光栅为基础。
图10示出了一个基于光纤光栅的压力传感器，它拼接在两截光纤之间以封闭气孔。
图11示出了单个光纤线内的一组基于复用光纤光栅的压力传感器。
图12示出了一个支持对基于复用光纤光栅的压力传感器进行解调的***。
图13示出了一个基于光纤光栅的压力传感器，在有侧向气孔的光纤上写入双层重叠的光纤光栅。
图14是一个光纤光栅传感器的示意图，它包括一个可能是侧向有气孔的光纤的双折射光纤区，其上写入了一个光纤光栅，在光纤的另一截写入了第二个光纤光栅，以测量压力和温度。
图15是一个双折射光纤的示意图，其上写入了一个光纤光栅并受到横向应变梯度。
图16是一个其上写入了一个光纤光栅的偏振保持光纤的反射频谱的示意图，该光纤嵌在一个纯环氧树脂圆筒内并受到由平板施加的300磅的载荷。
图17是一个其上写入了一个光纤光栅的偏振保持光纤的反射频谱的示意图，该光纤嵌在一个纯环氧树脂圆筒内并受到由平板施加的400磅的载荷。
图18是一个其上写入了一个光纤光栅的偏振保持光纤的反射频谱的示意图，该光纤嵌在一个纯环氧树脂圆筒内并受到由平板施加的450磅的载荷。
所示实施例的详细介绍
参照附图，特别是参照参考标号，图1中的22是指圆形对称的单模光纤。写在光纤芯24上的是一个光纤光栅26。当把一个光纤光栅26与一个光纤光栅解调***30相连时，如图2中所示，由诸如应变和温度等环境变化引起的光纤光栅周期的变化可以通过测量经光纤光栅反射或透射的光的频谱移动来确定。在图2中所示的解调***的情况下，一个可以是诸如发光二极管的宽带光源或一个相对窄带的可调谐光源32，用来将光耦合进光纤端面34。接着耦合光束36通过一个分束器，例如光纤分束器38。光纤分束器38的一个端口可以用一个无反射的末端40来端接或者可用其支持附加的光纤光栅上的测量。光束36的一部分分到分束器38的输出端口42成为光束44。输出端口42通过一个接头或连接器46与光纤光栅26相连。光束44经光纤光栅26反射的部分48反向通过分束器38，其一部分传播到分束器端口50成为光束52。这个光束52接着进入光谱分析仪54，对由环境效应感生的光纤光栅26的状态的变化所引起的光束52的频谱移动进行测量。
图3A示出了在光纤光栅26没有受到横向应力时，由频谱解调器54确定的光纤光栅26的反射频谱的线形。注意到，线形100具有单峰。这与双折射即使存在也很小的情形相对应。当在光纤光栅26上加上横向应力时，反射线形100开始***直到出现如图3B中所示的有双高峰的线形102。横向应力的大小与感生的双折射成正比，而感生双折射又进一步确定了峰106和108之间的间距104。
做为一级近似，峰和峰的间距104相对而言与温度无关，因为峰106和108具有几乎一样的波长并且温度使得两个峰106和108大体上沿同样的方向以几乎一样的频谱移动值移动。采用写在圆形对称单模光纤上的光纤光栅的方法具有可以采用低成本的电信级别的光纤以及与受力方向无关的横向灵敏度的优点。做为一个说明如何使用这种方法的例子，考虑图4中所示的情形，一个圆形对称的光纤，包括一组光纤光栅154,156,158,…在加工过程中放置在棒160中心附近的位置。加工可采用诸如pultrusion的工艺来完成。如果把棒160放在一个承受横向力的结构中，有可能是一个建筑物、矿山或隧道的顶部，那么沿棒的长度方向将受到变化的横向载荷162,164和166。然后这些载荷可以通过确定光纤光栅154,156和158的反射频谱线形的峰和峰间距来测量。
采用圆形对称单模光纤的一个缺点是，对于较小的横向载荷，峰和峰的间距可能非常难测量，因为峰可能淹没在噪声中。为了克服这个问题，可以把光纤光栅写入偏振保持光纤200，如图5所示。这里偏振保持光纤200有两个具有不同等效折射率的光纤轴202和204。如果光纤光栅206写入光纤200，那么当与解调器30相连时，横向应力也会造成与图3B类似的两个分开的频谱峰。也可以象图6所示的那样，在偏振保持光纤200上写入工作在不同波长上的两个重叠的光纤光栅250和252。这样会得到四个等效的光纤光栅，而且如Eric Udd在美国专利申请NO.08/438,025中介绍的，用它可以测量三个轴的应变和温度。
图7A和图7B示出了分别工作在1300nm和1550nm的双层重叠光纤光栅的反射频谱响应，该光栅写在3M公司生产的偏振保持光纤上。在1300nm峰和峰的间距约为0.427nm，在1550nm峰和峰的间距约为0.488nm。这样的间距已经足够，可以明显地区分两个峰以准确测量峰和峰的间距从而确定横向应变。
在几种不同类型的偏振保持光纤上写入光纤光栅以确定是否适合检测横向应变，其中包括3M公司制造的偏振保持光纤。这些光纤中的每一种都具有椭圆包层，与横截面图8A中所示的光纤300的椭圆包层298类似。这里光纤300的芯302被玻璃做成的椭圆包层298所包围，该包层的硬度与为形成圆形对称光纤而放在玻璃上的覆层306的硬度不一样。还采用了Fujikura偏振保持光纤，其结构与图8B和8C中给出的光纤的横截面320和322类似。在Fujikura光纤中，采用应力棒324和326来感生穿过圆形对称光纤芯328和330的差分应力。感生的应力的大小可以通过改变应力棒的直径来控制，如图8B和8C中所示的应力棒324和326的直径的差别。还可以通过改变包层玻璃相对于应力棒的硬度来变化。虽然光纤相对于光源和用来写光纤光栅的相位掩膜的取向需要调整以保证应力棒不会遮住光纤芯，还是在这种应力棒类型的光纤上成功地写入了光纤光栅。第三种光纤360，如图8D所示，由Fibercore提供，其上写入了用于测量横向应变的光纤光栅。光纤360包括软玻璃侧向凹陷362和364。这种光纤360感生的应力横穿圆形芯366，由侧向凹陷362和364与凹陷附近的用来构成对称光纤360的玻璃368之间的硬度差别引起。所有这些类型的光纤都给出了适合横向应变测量的清晰的峰和峰间距，就像Corning提供的椭圆芯光纤380,382和384一样(图8E,8F和8G)。光纤380,382和384示出了一组具有椭圆芯390,392和394的光纤横截面。尽管实验用的Corning光纤具有椭圆芯和圆形包层，可以调整包层的结构使其能够提高横向应变灵敏度。光纤380的一侧396是平的，光纤382具有沿平行于椭圆芯392的主轴401方向取向的应力棒398和400，而光纤384具有垂直于椭圆芯394的主轴406取向的应力棒402和404。还可以有其它可以提高横向灵敏度的几何形状。
由在光纤内写入光纤光栅而构成的横向应变传感器的一个应用是测量压力。图9示出了一种基于光纤光栅的压力传感器450。它包括一个光纤芯452，其上写入了一个光纤光栅454。450的包层456内包括两个侧向气孔458和460，其中充入空气或其它气体或材料。传感器450可以拼接在可能是单模光纤的两截光纤470和472之间，如图10所示。当给传感器450施加外部压力时，它改变了光纤压力传感器450沿主轴474和476的双折射性。光纤压力传感器450的灵敏度可以通过改变侧向孔478和480的尺寸和几何形状来调整。
光纤压力传感器450可以复用，如图11所示。这里光纤压力传感器500具有以波长11为中心的光纤光栅502，它拼接在两段光纤504和506之间。506这一段又和具有以波长12为中心的光纤光栅510的光纤压力传感器508拼接在一起。光纤段512拼接在光纤压力传感器508的另一端和具有以波长13为中心的光纤光栅516的光纤压力传感器514之间。光纤压力传感器514的另一端拼接到光纤段518。通过这种方式，可以把许多基于光纤光栅的压力传感器拼接在一起，然后利用波分复用来复用。如能保证光纤光栅的反射率小于100％，以避免“遮挡”那些离光源较远的光纤光栅压力传感器，还可以让基于光纤光栅的压力传感器工作在同样的波长并采用时分复用技术。
图12示出了一个基于光纤光栅的压力传感器552,554和556的复用***550。光源558，可能是诸如发光二极管的宽带光源或可调谐窄带光源，可以用来将光束560耦合进光纤端面562。光束560穿过分束器564，分成光束566和568。光束568通过端接端570离开***(或者光束568可用来为另一套光纤光栅压力传感器照明)。光束566进入光纤光栅压力传感器552，该光束566的一部分经光纤光栅572反射后成为光束574。光束574返回到分束器564，它的一部分传播到分束器的底端576后成为光束578。接着光束578进入频谱解调器580，它可以是一个基于扫描F-P滤光器或声-光调谐滤光器的***，其输出代表着由压力感生的双折射引起的峰和峰间距，读出后做为输出582。从该输出可进一步读出压力584。线形的整体频谱移动有赖于轴向应变和温度，这将成为读出586。
如果轴向应变仅仅是由压力而不是其它类型的载荷引起，那么单个光纤光栅就足以确定应变和温度。但一般而言，轴向载荷的存在要求同时测量纵向的感生应变。这可以采用如图13所示的两个重叠的光纤光栅来完成。这里基于光纤光栅的压力传感器600由一个工作在波长11的光纤光栅602和第二个工作在波长12的光纤光栅604重叠而成。这就形成了可用以测量应变的三个轴和温度的四个等效光纤光栅。
图14示出了另一种方法。这里具有工作在波长11的光纤光栅652的基于光纤光栅的压力传感器650与一个具有工作在波长12的光纤光栅656的第二段圆形对称光纤654并联。光纤光栅652对横向应变的响应与光纤光栅656的响应不同。特别地，压力感生的双折射将给经光纤光栅652反射或透射的信号带来可测量的频谱峰和频谱峰的间距。然而光纤光栅656只有一个单峰，其整体频谱移动由应变和温度决定。通过比较光纤光栅652和656的整体频谱移动(对光纤光栅652而言，是指峰和峰间距的平均值)就可以测量应变和温度。通过在不同类型的光纤段650和654上写入光纤光栅652和656，将两个方程反演得到应变和温度两个未知参数的容易程度可通过一个附加的自由度得到简化。但要注意到，这种方案只对有很小的短期温度和应变涨落的环境有用，因为光栅652和654同位(co-located)。
应该注意到，虽然在图9到14中采用了侧向孔类型的双折射光纤来示意基于光纤光栅的压力传感器，也可以采用如图8所示的其它类型的非对称偏振保持光纤。
横向应变传感器的另一个应用是测量横向应变梯度。图15示出了以双折射光纤为基础的基于光纤光栅的横向应变传感器700。在具有主轴708和710的双折射光纤706的芯704上写入一个光纤光栅702。当沿轴708和710加上横向应变梯度712和714时，结果是由应变梯度引起的峰频谱线形的变化。
图16给出了其芯上写入了1550nm光纤光栅的Fibercore偏振保持光纤的结果，光纤模制在一个纯环氧树脂圆筒内并用平行平板施加了300磅的横向载荷。尽管部分反射频谱出现了展宽，两个峰还是显而易见的。图17示出了在400磅载荷下得到的反射频谱。右边与一个横向轴相应的峰开始由于横向应变梯度而展得较宽，而另一个峰还基本保持原来的形状。图18示出了加上450磅载荷的结果。在这种情况下，一个横向轴表现出由横向应变梯度引起的相当大的展宽而另一个则刚刚开始表现出显著的畸变。通过测量这些展宽的宽度以及强度谱，有可能对横向应变梯度进行测量。
到此为止本发明的介绍都是以工作在反射的情形来进行的。在对应变、温度和应变梯度进行测量时还可以将横向应变传感器工作在透射方式。图19示出了一个基本的配置500。可以是一个宽带光源或可调谐的窄带光源的光源502将光耦合进光纤端面504，并产生沿光纤508传播的光束506。光束506传播到一个或多个写在光纤508内的光纤光栅510。位于光纤光栅510处的光纤508可以是双折射的或者具有前面各图中介绍的几何形状。光束506的一部分穿过光纤光栅510后成为光束512，然后沿光纤508传播到输出端的频谱分析仪/处理器514。频谱分析仪/处理器进一步产生代表横向应变，压力或应变梯度的输出516。
图20A和图20B示出了采用类似图19中所示的配置的双层重叠光纤光栅横向传感器的透射输出频谱。在这种情况中所采用的光源是工作在中心波长1300nm和1550nm边发射发光二极管。这些光源可独立使用或采用波分复用单元组合成单个等效光源。与图20A和20B所示的数据相对应的光纤光栅工作在1300nm和1550nm并写在Fujikura偏振保持光纤的基本同样的位置上。图20A示出了在1300nm处两个透射凹陷之间的峰和峰间距约为0.320nm。图20B示出了在1550nm处两个透射凹陷之间的峰和峰间距约为0.406nm。由图20A和20B可以看到，工作在类似图19的透射式配置的情形也允许通过测量峰和峰间距来确定横向应变，压力或应变梯度，其方式与参照前面的附图所介绍的类似。图19中介绍的这种透射方式与参照前面的附图介绍的反射式配置相比较有一个缺点，它要求与横光纤传感器的两端相连。在某些应用中这会增加相当大的成本，特别是当检测区和信息处理的区域相距很远的时候。
至此，就给出并介绍了可用于测量压力，温度和横向应变梯度并实现所有目的和所寻求的优点的新型横向应变传感器。在考虑到前面的祥述和附图后，许多改变，修改，变化，使用和应用对那些专业技术人员是显而易见的。所有这些没有远离本发明的实质和范围的改变，修改，变更或其它使用和应用都认为是包括在本发明之内，它们由下面的权利要求所限定。

Claims (25)

1．一种检测光纤内的横向应力的***，包括：
一个产生第一光束的光源；
一个分束器，被连接用来接收来自上述光源的第一光束并将其分成第二光束和第三光束；
一个光纤，被连接用来接收来自分束器的第二光束，该光纤具有：
一个做在光纤内部用来感受横向应力的第一光栅，将第二光束的一部分反射后做为第四光束，它具有两个频谱强度最大值，其频谱间距随加在上述光纤内的上述光栅处的横向应力而改变；以及
一个用来测量两个频谱强度最大值并产生代表这两个频谱强度最大值的第一输出的探测器。
2．权利要求1中定义的***，其中上述探测器与上述分束器相连接以接收第四光束的一部分。
3．权利要求1中定义的***，其中上述光纤是一种对施加其上的压力具有不对称的物理响应的双折射光纤，从而代表着横向应力的第一输出也代表施加在上述双折射光纤内的上述第一光栅处的压力。
4．权利要求1中定义的***，其中上述探测器测量两个频谱强度最大值的频谱间距并产生代表施加在上述光纤内的上述第一光栅处的横向应力的第一输出。
5．权利要求1中定义的***，其中上述探测器测量两个频谱强度最大值中至少一个的频谱展宽并产生一个代表任何施加在上述光纤内的上述第一光栅处的横向应力梯度的第一输出。
6．权利要求1中定义的***，其中上述第一光栅包括：
一个第一光栅间距，这样上述第一光栅反射第一频率附近的第二光束的第一部分，上述光纤还包括：
一个与上述用来感受横向应力的第一光栅同位(co-located)的第二光栅，将第二光束的第二部分反射后做为第五光束，它具有两个频谱强度最大值，其频谱间距随加在上述光纤内的上述第二光栅处的横向应力而改变，上述第二光栅包括：
一个与上述第一光栅间距不同的第二光栅间距，这样上述第二光栅反射与第一频率不同的第二频率附近的第二光束的第二部分。
7．权利要求1中定义的***，其中上述第一光栅包括：
一个第一光栅间距，这样上述第一光栅反射第一频率附近的第二光束的第一部分做为第四光束，上述光纤还包括：
与上述用来感受横向应力的第一光栅分隔开的第二光栅，将第二光束的第二部分反射后做为第五光束，它具有两个频谱强度最大值，其频谱间距随加在上述第二光栅处的横向应力而改变，上述第二光栅包括：
一个与上述第一光栅间距不同的第二光栅间距，这样上述第二光栅反射与第一频率不同的第二频率附近的第二光束的第二部分。
8．权利要求7中定义的***，其中上述探测器测量第四和第五光束的两个频谱强度最大值，产生代表第四光束的两个频谱强度最大值的第一输出以及代表第五光束的两个频谱强度最大值的第二输出。
9．权利要求1中定义的***，其中上述光纤是一种对施加其上的压力具有不对称的物理响应的第一双折射光纤，从而代表着横向应力的第一输出也代表施加在其上的压力，上述第一光栅包括：
一个第一光栅间距，这样它反射第一频率附近的第二光束的第一部分，上述***还包括：
一个与上述第一双折射光纤相连的的第二双折射光纤，它对施加其上的压力具有不对称的物理响应，上述第二双折射光纤包括：
一个用来感受横向应力的第二光栅，将第二光束的第二部分反射后做为第五光束，它具有两个频谱强度最大值，其频谱间距随加在上述第二光栅处的横向应力而改变，上述第二光栅包括：
一个与上述第一光栅间距不同的第二光栅间距，这样上述第二光栅反射与第一频率不同的第二频率附近的上述第二光束的第二部分。
10．权利要求9中定义的***，其中上述第一双折射光纤通过一个非双折射光纤与上述第二双折射光纤相连接。
11．一种探测对其中写入了一个光纤光栅的光纤所施加的横向应力的方法，包括：
产生一个第一光束；
当光栅上施加了横向应力时将第一光束照射到光栅上，产生一个对第一光束的一部分的反射光，它具有两个频谱强度最大值，其频谱间距随加在上述光纤内的第一光栅处的横向应力而改变；
探测两个频谱强度最大值；并且
产生一个代表两个频谱强度最大值的第一输出。
12．权利要求11中定义的方法，其中上述探测两个频谱强度最大值的步骤包括：
探测两个频谱强度最大值的间距，且其中产生一个代表两个频谱强度最大值的第一输出的步骤包括：
产生一个代表两个频谱强度最大值的间距的第一输出。
13．权利要求12中定义的方法，其中光纤是一种双折射光纤，施加在双折射光纤内的光栅处的压力对光栅造成横向应力，其中产生一个代表两个频谱强度最大值的第一输出包括：
产生一个代表施加在双折射光纤内的光栅处的压力的第一输出。
14．权利要求12中定义的方法，其中光栅是一个反射第一频谱的第一光栅，光纤是包括一个第二光栅的双折射光纤，第二光栅反射一个与第一频谱不同的第二频谱，施加在双折射光纤内的第二光栅处的压力对第二光栅造成横向应力，其中产生一个代表两个频谱强度最大值的第一输出的步骤包括：
产生一个代表施加在双折射光纤内的第一光栅处的压力和它的温度的第一输出，以及，
产生一个代表施加在双折射光纤内的第二光栅处的压力和它的温度的第二输出，这样就可以从第一和第二输出得到压力和温度。
15．权利要求14中定义的方法，其中第一和第二光栅是同位(co-located)的。
16．权利要求14中定义的方法，其中第一和第二光栅的放置使得它们感受到基本一样的压力和温度。
17．权利要求11中定义的方法，其中光纤是一种非双折射型的光纤，施加在双折射光纤内的光栅处的应变梯度对光栅造成横向应力，使得两个频谱强度最大值中至少有一个的频谱将展宽，其中产生一个代表两个频谱强度最大值的第一输出的步骤包括：
产生一个代表施加在非双折射光纤内的光栅处的应变梯度的第一输出。
18．一种探测施加的压力的***，包括：
一个产生第一光束的光源；
一个双折射光纤，被连接用来接收第一光束，该双折射光纤具有：
一个做在光纤内部用来感受由施加在上述双折射光纤上的压力引起的横向应力的第一光栅，上述第一光栅将第一光束的一部分反射后做为第二光束，它具有两个频谱强度最大值，其频谱强度最大值的频谱间距随加在上述双折射光纤内的上述第一光栅处的压力而改变；以及
一个用来测量第二光束的两个频谱强度最大值并产生代表这两个频谱强度最大值的第一输出的探测器。
19．权利要求18中定义的***，其中上述探测器测量第二光束的两个频谱强度最大值的间距并产生一个代表施加在第一光栅上的压力的第一输出。
20．权利要求18中定义的***，其中上述双折射光纤还包括：
一个做在光纤内部用来感受由施加在上述双折射光纤上的压力引起的横向应力和其温度的第二光栅，该第二光栅将与第一部分的频率不同的第一光束的第二部分反射后做为第三光束，它具有两个频谱强度最大值，第三光束的频谱强度最大值的频谱间距随加在上述双折射光纤内的上述第二光栅处的压力和其温度而改变，其中上述探测器还测量第三光束的两个频谱强度最大值的间距并产生一个代表施加在上述第二光栅上的压力和其温度的第二输出。
21．一种探测光纤内的横向应变的***，包括：
一个产生第一光束的光源；
一个光纤，被连接用来接收来自上述光源的第一光束，该光纤具有：
一个做在光纤内部用来感受横向应力的第一光栅，上述第一光束的一部分经它透射后成为第二光束，第二光束具有两个频谱强度最小值，其频谱间距随加在上述光纤内的上述第一光栅处的横向应力而改变；以及
一个用来测量两个频谱强度最小值并产生代表这两个频谱强度最小值的第一输出的探测器。
22．权利要求21中定义的***，其中上述光纤是一种对施加其上的压力具有不对称的物理响应的双折射光纤，从而代表着横向应力的第一输出也代表施加在上述双折射光纤内的上述第一光栅处的压力。
23．权利要求21中定义的***，其中上述第一光栅具有：
一个第一光栅间距，这样第一频率附近的第一光束的一部分经上述第一光栅透射，上述光纤还包括：
一个与上述用来感受横向应力的第一光栅同位(co-located)的第二光栅，第一光束的第二部分经它透射后成为第三光束，第三光束具有两个频谱强度最小值，其频谱间距随加在上述光纤内的上述第二光栅处的横向应力而改变，上述第二光栅具有：
一个与上述第一光栅间距不同的第二光栅间距，这样上述第二光栅可透射与第一频率不同的第二频率附近的第二光束的第二部分。
24．权利要求21中定义的***，其中上述第一光栅具有：
一个第一光栅间距，这样第一频率附近的第一光束的第一部分经上述第一光栅透射后成为第三光束，上述光纤还包括：
一个与上述用来感受横向应力的第一光栅分隔开的第二光栅，第一光束的第二部分经它透射后成为第四光束，第四光束具有两个频谱强度最小值，其频谱间距随加在上述光纤内的上述第二光栅处的横向应力而改变，上述第二光栅具有：
一个与上述第一光栅间距不同的第二光栅间距，这样上述第二光栅可反射与第一频率不同的第二频率附近的第二光束的第二部分。
25．权利要求21中定义的***，其中上述探测器测量第四和第五光束的两个频谱强度最大值，产生代表第四光束的两个频谱强度最大值的第一输出以及代表第五光束的两个频谱强度最大值的第二输出。
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Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100340839C (zh) * 2005-09-27 2007-10-03 天津大学 光纤应变测量仪及其测量方法
CN100350283C (zh) * 2003-03-25 2007-11-21 三菱丽阳株式会社 光纤装置及其制造方法、光轴调整方法
CN100392357C (zh) * 2006-04-21 2008-06-04 北京交通大学 基于双模光子晶体光纤的横向应力传感***及实现方法
CN100460825C (zh) * 2005-10-13 2009-02-11 中国科学院半导体研究所 基于波登管作为换能器的光纤光栅传感器及方法
CN102156213A (zh) * 2011-03-24 2011-08-17 东北大学 一种基于双折射效应的光纤光栅电流测量方法
CN102506740A (zh) * 2011-11-11 2012-06-20 天津亿利科能源科技发展股份有限公司 一种基于光纤光栅的储罐底板形变在线监测装置
CN103017687A (zh) * 2012-12-06 2013-04-03 暨南大学 正交偏振光纤光栅矢量扭转传感装置及其检测方法
CN105424252A (zh) * 2015-12-28 2016-03-23 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种光纤光栅冲击压力传感器及处理方法
CN105890828A (zh) * 2014-10-23 2016-08-24 中国计量学院 一种偏振相关内嵌式光纤m-z干涉型横向压力传感器
CN106767475A (zh) * 2016-11-18 2017-05-31 北京航空航天大学 一种基于横向布贴光纤光栅光谱图像分析的孔边裂纹诊断方法
CN106840869A (zh) * 2016-12-15 2017-06-13 北京航空航天大学 一种基于两种布贴方式下光纤光栅光谱图像分析的孔边裂纹诊断方法
CN106918297A (zh) * 2017-03-29 2017-07-04 西安近代化学研究所 一种注装火***装药结构损伤实时监测的方法
CN108871658A (zh) * 2017-05-15 2018-11-23 中兴通讯股份有限公司 光纤压力传感器、光纤压力传感***及压力测量方法
CN113804351A (zh) * 2020-06-16 2021-12-17 潍坊嘉腾液压技术有限公司 螺旋管路内压力响应及压力分布的检测***

Families Citing this family (89)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998007064A1 (fr) * 1996-08-12 1998-02-19 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Element grille de diffraction, selection des longueurs d'ondes lumimeuses au moyen de cet element, et systeme de transmission de signaux optiques
US6218661B1 (en) * 1996-09-09 2001-04-17 Schlumberger Technology Corporation Methods and apparatus for mechanically enhancing the sensitivity of transversely loaded fiber optic sensors
US5841131A (en) * 1997-07-07 1998-11-24 Schlumberger Technology Corporation Fiber optic pressure transducers and pressure sensing system incorporating same
US6144026A (en) * 1997-10-17 2000-11-07 Blue Road Research Fiber optic grating corrosion and chemical sensor
US6335524B1 (en) 1997-10-22 2002-01-01 Blue Road Research High speed demodulation systems for fiber optic grating sensors
NO313024B1 (no) * 1997-12-19 2002-07-29 Optoplan As Fremgangsmate for anvendelse av en optisk fiber som hydrostatisk trykkfoler
US6208776B1 (en) * 1998-04-08 2001-03-27 Physical Optics Corporation Birefringent fiber grating sensor and detection system
GB2348000B (en) * 1999-03-19 2001-02-07 Marconi Electronic Syst Ltd Strain sensing
US6233746B1 (en) * 1999-03-22 2001-05-22 Halliburton Energy Services, Inc. Multiplexed fiber optic transducer for use in a well and method
US6363180B1 (en) 1999-04-30 2002-03-26 Schlumberger Technology Corporation Methods and apparatus for enhancing dynamic range, sensitivity, accuracy, and resolution in fiber optic sensor systems
US6337874B1 (en) 1999-05-27 2002-01-08 Corning Lasertron, Inc. Optical component with polarization-maintaining fiber pigtail splice to regular fiber with grating
US6314214B1 (en) 1999-09-28 2001-11-06 Corning Incorporated System and method for measuring stress during processing of an optical fiber
US6420696B1 (en) 1999-12-27 2002-07-16 Thomas E. Bennett Embedded sensor having an identifiable orientation
US6700484B2 (en) * 1999-12-30 2004-03-02 Texas Instruments Incorporated Networked miniature chemical optical sensors
US6414303B1 (en) * 2000-01-19 2002-07-02 Weatherford/Lamb, Inc. High accuracy Bragg grating based pressure sensor with dual resolution mode
DE10004384C2 (de) * 2000-02-02 2003-04-03 Daimler Chrysler Ag Anordnung und Verfahren zur Erfassung von Dehnungen und Temperaturen und deren Veränderungen einer auf einem Träger, insbesondere einem aus Metall, Kunststoff oder Keramik bestehenden Träger, applizierten Deckschicht
US6480655B1 (en) 2000-04-03 2002-11-12 Meadewestvaco Corporation Apparatus for the measurement of paperboard strain in a confined area
US6710861B2 (en) * 2000-04-03 2004-03-23 Meadwestvaco Corporation Method and apparatus for measuring web strain in a confined area
US6720550B2 (en) 2000-06-22 2004-04-13 Sandia National Laboratories Sensor assembly
GB0021975D0 (en) 2000-09-07 2000-10-25 Optomed As Filter optic probes
GB0021976D0 (en) * 2000-09-07 2000-10-25 Optomed As Multi-parameter fiber optic probes
GB0030289D0 (en) 2000-12-12 2001-01-24 Optoplan As Fibre optic sensor systems
US6946645B2 (en) * 2000-12-20 2005-09-20 Schlumberger Technology Corporation Measuring system with sweeping comb filter and multiplexer
GB0031646D0 (en) * 2000-12-22 2001-02-07 European Community Method and apparatus for crack and fracture detection utilizing bragg gratings
TW536640B (en) * 2001-04-13 2003-06-11 Furukawa Electric Co Ltd Coated optical fiber
US6795599B2 (en) * 2001-05-11 2004-09-21 Vasilii V. Spirin Differential fiber optical sensor with interference energy analyzer
US7495765B2 (en) * 2001-05-17 2009-02-24 Thorlabs Gmbh Fiber polarimeter, the use thereof, as well as polarimetric method
US6816260B2 (en) * 2001-05-17 2004-11-09 Thorlabs Gmbh Fiber polarimeter, the use thereof, as well as polarimetric method
NO316775B1 (no) * 2001-06-11 2004-05-03 Optoplan As Fremgangsmate for belegging av en fiber med fiberoptisk Bragg-Gitter (FBG)
BE1014702A3 (nl) * 2002-03-13 2004-03-02 Voet Marc Optische kabel voor het meten van temperatuur en/of rek en werkwijze voor het vervaardigen ervan.
US7062126B2 (en) * 2002-06-07 2006-06-13 Kersey Alan D Tunable optical filter having large diameter optical waveguide with bragg grating and being configured for reducing the bulk modulus of compressibility thereof
US6931188B2 (en) 2003-02-21 2005-08-16 Weatherford/Lamb, Inc. Side-hole cane waveguide sensor
US7403294B2 (en) * 2003-03-07 2008-07-22 Boxboro Systems, Llc Optical measurement device and method
GB2414543B (en) * 2004-05-25 2009-06-03 Polarmetrix Ltd Method and apparatus for detecting pressure distribution in fluids
JP2006145465A (ja) * 2004-11-24 2006-06-08 Japan Atomic Energy Agency マルチ情報計測用光ファイバ
DE602004026901D1 (de) * 2004-12-28 2010-06-10 Airbus Espana Sl Verfahren zur Überwachung von Strukturschäden und ihr Fortschritt in monolitischen Verbundstrukturen mittels Faser-Bragg-Gitter-Sensoren
US20060197012A1 (en) * 2005-03-04 2006-09-07 Eric Udd Shear and pressure/transverse strain fiber grating sensors
US8989528B2 (en) 2006-02-22 2015-03-24 Hansen Medical, Inc. Optical fiber grating sensors and methods of manufacture
CN102599875B (zh) * 2006-03-22 2015-03-11 皇家飞利浦电子股份有限公司 医疗器械***
WO2008011662A1 (en) * 2006-07-27 2008-01-31 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation A system and an element for sensing a property in an in-vivo environment
CN100406938C (zh) * 2006-08-10 2008-07-30 浙江大学 光纤布拉格光栅传感器的相干复用方法及其设备
US8146874B2 (en) * 2007-02-02 2012-04-03 Hansen Medical, Inc. Mounting support assembly for suspending a medical instrument driver above an operating table
WO2008131303A2 (en) 2007-04-20 2008-10-30 Hansen Medical, Inc. Optical fiber shape sensing systems
US20090028489A1 (en) * 2007-07-17 2009-01-29 Eric Udd High speed fiber optic grating sensor system
DE102007037262B3 (de) * 2007-08-07 2008-12-04 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Kraft-Moment-Sensor zum Messen von mindestens drei orthogonalen Belastungen
ES2774799T3 (es) 2007-08-14 2020-07-22 Koninklijke Philips Nv Sistemas de instrumentos robóticos que utilizan sensores de fibra óptica
JP4878013B2 (ja) * 2007-08-27 2012-02-15 国立大学法人 東京大学 亀裂発生位置の検出方法
US8009946B2 (en) * 2008-01-22 2011-08-30 General Electric Company Fiberoptic patient health multi-parameter monitoring devices and system
US20090232183A1 (en) * 2008-03-13 2009-09-17 General Electric Company System and method to measure temperature in an electric machine
US20090245717A1 (en) * 2008-03-27 2009-10-01 General Electric Company System and method for measuring stator wedge tightness
US8433160B2 (en) 2009-01-30 2013-04-30 Cleveland Electric Laboratories Smart fastener and smart insert for a fastener using fiber Bragg gratings to measure strain and temperature
US8780339B2 (en) 2009-07-15 2014-07-15 Koninklijke Philips N.V. Fiber shape sensing systems and methods
FR2949572B1 (fr) * 2009-08-31 2012-09-21 Kloe S A Dispositif et procede de mesure a fibre optique
CN101701450B (zh) * 2009-09-30 2011-12-21 法尔胜集团公司 内置光纤光栅传感器的桥梁用智能缆索***
WO2011060817A1 (en) * 2009-11-19 2011-05-26 Vrije Universiteit Brussel Optical fiber structure for sensors
US8369671B2 (en) * 2010-02-26 2013-02-05 General Electric Company Hermetically sealed fiber sensing cable
CA2740372C (en) 2010-06-01 2019-07-02 Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of Industry Through The Communications Research Centre Canada Method and system for measuring a parameter in a high temperature environment using an optical sensor
US20120191107A1 (en) 2010-09-17 2012-07-26 Tanner Neal A Systems and methods for positioning an elongate member inside a body
CN102135459B (zh) * 2010-12-10 2013-07-24 杭州恒川科技有限公司 基于波导阵列光栅差分解调的强度检测型光子晶体光纤长周期光栅应力传感器
US20120191079A1 (en) 2011-01-20 2012-07-26 Hansen Medical, Inc. System and method for endoluminal and translumenal therapy
RU2736903C2 (ru) * 2011-07-21 2020-11-23 Фишер Контролз Интернешнел Ллс Система контроля управляющего клапана и способ обнаружения изменения в механической целостности вала клапана
US20130030363A1 (en) 2011-07-29 2013-01-31 Hansen Medical, Inc. Systems and methods utilizing shape sensing fibers
EP2795260B1 (en) * 2011-12-20 2017-03-08 Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) Fiber sensing system based on a bragg grating and optical time domain reflectometry
KR101321557B1 (ko) * 2012-03-05 2013-10-23 부경대학교 산학협력단 광섬유 수소 센서 및 이를 이용한 수소 농도 측정 방법
DE102012104874B4 (de) * 2012-06-05 2016-05-19 Technische Universität München Optisches Messsystem mit Polarisationskompensation, sowie entsprechendes Verfahren
RU2510609C2 (ru) * 2012-07-27 2014-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Устройство оптической идентификации измерительных каналов системы встроенного неразрушающего контроля на основе волоконно-оптических брэгговских датчиков
US9417127B2 (en) * 2012-10-23 2016-08-16 Eric Udd Fiber grating sensor system for measuring key parameters during high speed
RU2515116C9 (ru) * 2012-11-23 2014-08-10 Кирилл Рудольфович Карлов Волоконно-оптический датчик давления
CA2909484C (en) 2013-05-14 2019-08-20 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Bonded structure and bonding-condition detecting method
WO2015027247A1 (en) 2013-08-23 2015-02-26 Foce Technology International Bv Single mode fiber bragg grating pressure sensor
WO2016114194A1 (ja) 2015-01-15 2016-07-21 三菱重工業株式会社 接着構造体とその製造方法及び接着状態検出方法
US10254198B2 (en) 2015-01-20 2019-04-09 Weatherford Technology Holdings, Llc Birefringent multi-peak optical reference element and birefringent sensor system
CN104596670B (zh) * 2015-02-05 2017-07-11 吉林大学 一种解决分布式光纤拉曼温度传感***温度漂移的方法
CN105571619B (zh) * 2015-12-17 2017-10-10 安徽中科智泰光电测控科技有限公司 一种基于悬臂梁结构的fbg传感器灵敏度提高方法
US10267694B2 (en) * 2016-01-15 2019-04-23 The United States Of America As Represented By The Administrator Of Nasa Micrometeoroid and orbital debris impact detection and location using fiber optic strain sensing
US9952081B2 (en) * 2016-02-29 2018-04-24 The Boeing Company System and method for measuring liquid levels having a fiber with a strain layer around a Bragg grating
US10168501B2 (en) * 2016-05-27 2019-01-01 Nxgen Partners Ip, Llc System and method for transmissions using eliptical core fibers
CN106404065B (zh) * 2016-10-09 2019-05-07 山东大学 一种复合材料封装的光纤光栅传感器及其制造方法
CN106441447B (zh) * 2016-11-15 2018-12-11 太原理工大学 基于混沌布里渊动态光栅的分布式光纤传感***
US10557343B2 (en) 2017-08-25 2020-02-11 Schlumberger Technology Corporation Sensor construction for distributed pressure sensing
CN108195483A (zh) * 2017-12-26 2018-06-22 北京信息科技大学 一种实现温度和应变测量的光纤f-p传感器制作方法
US11071330B2 (en) 2018-09-23 2021-07-27 J&C Brand, LLC Body suit
CN111119859B (zh) * 2019-12-20 2020-11-20 中国石油大学(华东) 一种基于光纤光栅的近钻头多参数测量***及方法
RU202419U1 (ru) * 2020-06-03 2021-02-17 Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") Чувствительный элемент датчика давления
WO2021258203A1 (en) * 2020-06-23 2021-12-30 2252778 Alberta Inc. Methods and apparatus for remotely laying cable
IT202000032027A1 (it) * 2020-12-23 2022-06-23 Brembo Spa Metodo e sistema per interrogare un sensore fibre bragg grating birifrangente, impiegante rilevazione ottica eterodina
CN113008441B (zh) * 2021-02-26 2022-11-04 武汉理工大学 用于测量液体压力和振动的光纤光栅传感器
US11903572B2 (en) 2021-09-14 2024-02-20 Nuvasive, Inc. Surgical instruments, systems, and methods with optical sensors
KR102459369B1 (ko) * 2022-03-18 2022-10-26 국방과학연구소 광빗 기반의 수중 음향 탐지 장치 및 그 방법

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4806012A (en) * 1984-08-13 1989-02-21 United Technologies Corporation Distributed, spatially resolving optical fiber strain gauge
US4915468A (en) * 1987-02-20 1990-04-10 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Apparatus using two-mode optical waveguide with non-circular core
US4996419A (en) * 1989-12-26 1991-02-26 United Technologies Corporation Distributed multiplexed optical fiber Bragg grating sensor arrangeement
US5319435A (en) * 1991-09-04 1994-06-07 Melle Serge M Method and apparatus for measuring the wavelength of spectrally narrow optical signals
GB9203471D0 (en) * 1992-02-19 1992-04-08 Sensor Dynamics Ltd Optical fibre pressure sensor
GB2264298A (en) * 1992-02-24 1993-08-25 Sensor Dynamics Ltd Method of making an optical fibre sensor
US5380995A (en) * 1992-10-20 1995-01-10 Mcdonnell Douglas Corporation Fiber optic grating sensor systems for sensing environmental effects
US5361130A (en) * 1992-11-04 1994-11-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Fiber grating-based sensing system with interferometric wavelength-shift detection
US5426297A (en) * 1993-09-27 1995-06-20 United Technologies Corporation Multiplexed Bragg grating sensors
US5399854A (en) * 1994-03-08 1995-03-21 United Technologies Corporation Embedded optical sensor capable of strain and temperature measurement using a single diffraction grating
US5493113A (en) * 1994-11-29 1996-02-20 United Technologies Corporation Highly sensitive optical fiber cavity coating removal detection
US5591965A (en) * 1995-05-08 1997-01-07 Udd; Eric Multiparameter sensor system using a multiple grating fiber optic birefringent fiber
US5646401A (en) * 1995-12-22 1997-07-08 Udd; Eric Fiber optic grating and etalon sensor systems
US5641956A (en) * 1996-02-02 1997-06-24 F&S, Inc. Optical waveguide sensor arrangement having guided modes-non guided modes grating coupler

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100350283C (zh) * 2003-03-25 2007-11-21 三菱丽阳株式会社 光纤装置及其制造方法、光轴调整方法
CN100340839C (zh) * 2005-09-27 2007-10-03 天津大学 光纤应变测量仪及其测量方法
CN100460825C (zh) * 2005-10-13 2009-02-11 中国科学院半导体研究所 基于波登管作为换能器的光纤光栅传感器及方法
CN100392357C (zh) * 2006-04-21 2008-06-04 北京交通大学 基于双模光子晶体光纤的横向应力传感***及实现方法
CN102156213A (zh) * 2011-03-24 2011-08-17 东北大学 一种基于双折射效应的光纤光栅电流测量方法
CN102506740A (zh) * 2011-11-11 2012-06-20 天津亿利科能源科技发展股份有限公司 一种基于光纤光栅的储罐底板形变在线监测装置
CN103017687A (zh) * 2012-12-06 2013-04-03 暨南大学 正交偏振光纤光栅矢量扭转传感装置及其检测方法
CN103017687B (zh) * 2012-12-06 2015-04-29 暨南大学 正交偏振光纤光栅矢量扭转传感装置及其检测方法
CN105890828B (zh) * 2014-10-23 2018-11-16 中国计量学院 一种偏振相关内嵌式光纤m-z干涉型横向压力传感器
CN105890828A (zh) * 2014-10-23 2016-08-24 中国计量学院 一种偏振相关内嵌式光纤m-z干涉型横向压力传感器
CN105424252A (zh) * 2015-12-28 2016-03-23 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种光纤光栅冲击压力传感器及处理方法
CN105424252B (zh) * 2015-12-28 2018-08-14 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种光纤光栅冲击压力传感器及处理方法
CN106767475A (zh) * 2016-11-18 2017-05-31 北京航空航天大学 一种基于横向布贴光纤光栅光谱图像分析的孔边裂纹诊断方法
CN106840869A (zh) * 2016-12-15 2017-06-13 北京航空航天大学 一种基于两种布贴方式下光纤光栅光谱图像分析的孔边裂纹诊断方法
CN106840869B (zh) * 2016-12-15 2019-08-23 北京航空航天大学 一种基于两种布贴方式下光纤光栅光谱图像分析的孔边裂纹诊断方法
CN106918297A (zh) * 2017-03-29 2017-07-04 西安近代化学研究所 一种注装火***装药结构损伤实时监测的方法
CN108871658A (zh) * 2017-05-15 2018-11-23 中兴通讯股份有限公司 光纤压力传感器、光纤压力传感***及压力测量方法
CN113804351A (zh) * 2020-06-16 2021-12-17 潍坊嘉腾液压技术有限公司 螺旋管路内压力响应及压力分布的检测***
CN113804351B (zh) * 2020-06-16 2024-03-22 潍坊嘉腾液压技术有限公司 螺旋管路内压力响应及压力分布的检测***

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Publication number Publication date
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Bock et al. Multiplexing of fiber optic sensors for stress measurements in civil engineering applications

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