本期继续介绍2013年第二季度读到的部分文献。

振动传感器

重庆大学的Zhang, Q.等报道了基于FP腔的振动传感器（Zhang, Q., et al.(2013). "All-fiber vibration sensor based on a Fabry-Perot interferometerand a microstructure beam." Journalof the Optical Society of America B-Optical Physics 30(5): 1211-1215.），传感器的设计比较巧妙，利用质量块的径向振动使插入空心光纤的端面发生沿轴向的位移，如下图1所示，传感器的分辨率优于μg。

图1  基于FP腔的振动传感器

比利时的Afzelius, M等人报道了采用FBG偏振调制的多点振动传感器。（Afzelius, M., etal. (2006). "Development of multipoint vibrational coherent anti-StokesRaman spectroscopy for flame applications." Appl. Opt. 45(6): 1177-1186.）由图2可见，作者采用了一个悬臂梁调制光纤中的偏振态。

图2  采用FBG偏振调制的多点振动传感器

葡萄牙的Antunes, P. F. C.等报道了基于POF的强度调制型振动传感器（Antunes, P. F. C.,et al. (2013). "Intensity-Encoded Polymer Optical Fiber Accelerometer."IEEE SENSORS JOURNAL 13(5):1716-1720.），原理如图3所示。

图3  基于POF的强度调制型振动传感器

中国计量学院的Ni, K.等报道了采用强度调制的振动传感器（Ni, K., et al. "Temperature-independent accelerometer using a fiberBragg grating incorporating a biconical taper." Optical Fiber Technology.），通过一个拉锥使FBG的反射光强随振动发生变化（图4）。本人对这类传感器的实用性持保留态度，因采用弯曲调制，比如200万次疲劳实验后光纤是不是就断了？

图4  采用强度调制的光纤振动传感器

重庆大学的Jia, P. G.报道了一种利用FP腔的振动传感器（Jia, P. G. and D.H. Wang (2013). "Temperature-compensated fiber optic Fabry-Perotaccelerometer based on the feedback control of the Fabry-Perot cavitylength." Chinese optics letters 11(4).），如图5，其特点在于通过在FP腔外耦合两层压电单晶可以进行温度补偿（调制FP腔的工作点）。类似结构的论文也发表在：Jia, P. G., et al. (2013). "An Active Temperature CompensatedFiber-Optic Fabry-Perot Accelerometer System for Simultaneous Measurement ofVibration and Temperature." IEEESENSORS JOURNAL 13(6): 2334-2340.但是所不同的是，后者采用调整激光器的波长进行温度补偿，从照片上看，后者采用铜质悬臂梁对温度也应较为敏感（图6）。

图5  带压电单晶的FP加速度计

图6  采用可调谐激光器的FP加速度计

光纤传感器的工程应用

美国UniversityofWisconsin—Madison 的Gage, J. R.等人报道了FBG温度应变传感器在岩体监测中的应用（Gage, J. R., et al. (2013). "Validation and implementation of a newmethod for monitoring in situ strain and temperature in rock masses usingfiber-optically instrumented rock strain and temperature strips." International Journal of Rock Mechanics andMining Sciences 61: 244-255.）

美国的Glisic, B.等人报道了对新加坡一栋高层建筑用光纤传感器进行10年监测的结果（Glisic, B., et al.(2013). "Ten-year monitoring of high-rise building columns usinglong-gauge fiber optic sensors." SMARTMATERIALS AND STRUCTURES 22(5): 055030.），光纤传感器于混凝浇筑时被埋入，至今仍工作良好。图7为10年来应变监测数据。

图7  10年来应变监测数据

华南理工大学的Luo, J. B.等人报道了采用BOTDR（用于温度检测）和FBG（用于应变监测）的电网线路监测系统（Luo, J. B., et al. (2013). "Development of Optical Fiber SensorsBased on Brillouin Scattering and FBG for On-Line Monitoring in OverheadTransmission Lines." JOURNAL OFLIGHTWAVE TECHNOLOGY 31(10): 1559-1565.），如图8所示。

图8  基于BOTDR和FBG的电网线路监测系统

哈工大的M. Huang等人报道了采用分布式光纤传感器（BOTDA）的埋入FRP材料的锚杆传感器（M. Huang, Z. Zhou,Y. Huang, and J. Ou, "A distributed self-sensing FRP anchor rod withbuilt-in optical fiber sensor," Measurement,vol. 46 pp. 1363–1370, 2013.），如图9所示。

图9  基于BOTDA的锚杆计

东南大学的Sun, A.等报道了基于BOTDA的三维应变花（Sun, A., et al.(2013). "Development and evaluation of PPP-BOTDA based optical fiber threedimension strain rosette sensor." Optik124(8): 744-746.）。

氢气传感器

美国University ofCincinnati的H. Jiang等人报道了采用在LPG上增加纳米涂层的氢气传感器（H. Jiang, R. Yang,X. Tang, A. Burnett, X. Lan, H. Xiao, et al., "Multilayer Fiber OpticSensors for In-Situ Gas Monitoring in Harsh Environments," Sensors and Actuators B: Chemical, pp.205-212, 2013.），传感器结构如图10所示。

图10  采用LPG的氢气传感器

荷兰的Westerwaal, R. J.等人报道了基于钯-金材料的光纤氢传感器（Westerwaal, R. J.,et al. (2013). "Nanostructured Pd–Au based fiber optic sensors for probing hydrogen concentrations in gasmixtures." International Journal ofHydrogen Energy 38(10): 4201-4212.）。另有加拿大的Alam, M. Z.报道了SOI基的氢传感器（Alam, M. Z., et al.(2013). "Pd-based integrated optical hydrogen sensor on asilicon-on-insulator platform." Opt.Lett. 38(9): 1428-1430.）。

日本的Hosoki等人报道了基于SPR原理的光纤氢传感器（Hosoki, A., et al."A surface plasmon resonance hydrogen sensor using Au/Ta2O5/Pdmulti-layers on hetero-core optical fiber structures." Sensors and Actuators B: Chemical.）。

其他方面的光纤传感器报道

英国University ofSouthampton的Y. Liao等人报道了采用TDM复用的干涉式传感器相位灵敏度特性（Y. Liao, E. Austin, P. J. Nash, S. A. Kingsley, and D. J. Richardson,"Phase Sensitivity Characterization in Fiber-optic Sensor Systems UsingAmplifiers and TDM," LightwaveTechnology, Journal of, vol. PP, pp. 1-1, 2013.），该文不仅在引言阶段详细综述了已有研究成果，正文部分也十分系统，对于从事干涉式传感器复用方面研究的人员颇具参考价值（图11）。

图11  TDM复用系统试验框图

韩国的Kim, S.等报道了FBG的长距离解调方案（Kim, S., et al.(2013). "Long distance fiber Bragg grating strain sensor interrogationusing a high speed Raman-based Fourier domain mode-locked fiber laser withrecycled residual Raman pump." Opt.Express 21(11): 13402-13407.），系统如图12所示。

图12  FBG的长距离解调方案

华中科技大学的Li, R.等报道了光纤激光水听器的空分复用方案（Li, R., et al. (2013). "Spatial-division-multiplexing addressed fiberlaser hydrophone array." Opt. Lett.38(11): 1909-1911.）。

暨南大学的Jin, L.等报道了采用光纤激光器排频进行静水压传感的方法（Jin, L., et al. (2013). "Hydrostatic Pressure Measurement WithHeterodyning Fiber Grating Lasers: Mechanism and Sensitivity Enhancement."JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY31(9): 1488-1494.），裸激光器排频与静水压的关系如图13所示。

图13  裸激光器排频与静水压的关系

山东省科学院的Haifeng Qi报道了可用于传感的DFB激光器（Haifeng Qi, et al.(2013). "Apodized distributed feedback fiber laser with asymmetricaloutputs for multiplexed sensing applications." Opt. Express 21(9): 11309-11314）。

法国的Schlöffel, G等人报道了一种光纤角加速度传感器（Schlöffel, G. and F. Seiler (2013). "Unidirectional fiber optic sensor forangular acceleration measurement." Opt.Lett. 38(9): 1500-1502.），与传统的基于Sagnac干涉仪的光纤陀螺不同的是，该方案没有采用双向入光的方案（图14）。

图14  光纤角加速度传感器

斯洛文尼亚的Lesnik报道了一种结构简单的光纤扭转传感器（Lesnik, D. and D. Donlagic (2013). "In-line, fiber-optic polarimetrictwist/torsion sensor." Opt. Lett.38(9): 1494-1496.）。

南京师范大学的Yiping, W.报道了基于PDL的光纤扭转传感器（Yiping, W., et al. (2013)."In fiber Bragg grating twist sensor based on analysis of polarizationdependent loss." Opt. Express21(10): 11913-11920.）。

东京大学的Kuse, N.等人报道了采用双频率梳将FBG应变传感器的精度提高到34nε的方法（Kuse, N., et al. (2013). "Static FBG strain sensor with highresolution and large dynamic range by dual-comb spectroscopy." Opt. Express 21(9): 11141-11149.）。

香港理工大学的Zhang, Z. F.等报道了采用FBG传感器进行剪切力传感的方法（Zhang, Z. F., etal. (2013). "Soft Fiber Optic Sensors for Precision Measurement of ShearStress and Pressure." IEEE SENSORSJOURNAL 13(5): 1478-1482.），其基本原理是将FBG埋入PDMS材料中，该材料较为柔软，在剪切力作用下的变形将导致FBG的应变（图15）。

图15  利用FBG测量剪应力

意大利的Schena, E.等人报道了采用光纤端部微弯（相当于一个悬臂梁）的气流率传感器（Schena, E., et al. (2013). "A high sensitivity fiber optic macro-bendbased gas flow rate transducer for low flow rates: Theory, working principle,and static calibration." REVIEW OFSCIENTIFIC INSTRUMENTS 84(2).），如图16。报道称该传感器适用于低流速（10 l min⁻¹,）下的测量。

图16  光纤流速传感器

以色列的Peled, Y.等人报道了基于BOTDA技术的动态应变传感（Peled, Y., et al.(2013). "Monitoring the propagation of mechanical waves using an opticalfiber distributed and dynamic strain sensor based on BOTDA." Opt. Express 21(9): 10697-10705.）。

山东大学的Sun, B. N.等报道了通过减小瑞丽噪声影响提高拉曼DTS的精度（Sun, B. N., et al."Accuracy improvement of Raman distributed temperature sensors based oneliminating Rayleigh noise impact." OpticsCommunications.）。

墨西哥的Guzman-Sepulveda报道了基于双芯光纤（TCF）的曲率传感器（Guzman-Sepulveda,J. R. and D. A. May-Arrioja (2013). "In-fiber directional coupler forhigh-sensitivity curvature measurement." Opt. Express 21(10): 11853-11861.），如图17所示，并且发现，TCF中双芯的间距对传感器的灵敏度有重要影响。

图17  基于双芯光纤（TCF）的曲率传感器

Wu, N.等报道了基于FP的压力传感器用于血压监测（Wu, N., et al.(2013). "A miniature fiber optic blood pressure sensor and its applicationin in vivo blood pressure measurements of a swine model." Sensors and Actuators B-Chemical 181:172-178.），传感器如图18所示。

图18  FP的压力传感器

香港理工大学的Ma, J.报道了采用多层石墨烯作为薄膜的FP声压传感器（Ma, J., et al.(2013). "Fiber-Optic Fabry-Perot Acoustic Sensor With Multilayer GrapheneDiaphragm." IEEE PHOTONICSTECHNOLOGY LETTERS 25(10): 932-935.），其传感器结构与其去年报道基本相同（Ma, J., et al. (2012). "High-sensitivity fiber-tip pressure sensorwith graphene diaphragm." Opt. Lett.37(13): 2493-2495.），但是将膜片做在陶瓷插芯的端面，使传感器有效半径较去年报道明显增大（图19），因此灵敏度得到提高（1100 nm/kPa）。

图19  采用多层石墨烯作为薄膜的FP声压传感器

澳大利亚新南威尔士大学的Noor, M. Y. M.等报道了基于PCF的纤湿度传感器（Noor, M. Y. M., etal. (2013). "All-Fiber Optic Humidity Sensor Based on Photonic BandgapFiber and Digital WMS Detection." IEEESENSORS JOURNAL 13(5): 1817-1823.）。Rajan, G.等报道了基于POF的力和压力传感器（Rajan, G., et al.(2013). "High Sensitivity Force and Pressure Measurements Using EtchedSinglemode Polymer Fiber Bragg Gratings." IEEE SENSORS JOURNAL 13(5): 1794-1800.）。

加拿大渥太华大学的Khetani, A.等报道了基于PCF的生化传感器（Khetani, A., et al.(2013). "Hollow core photonic crystal fiber as a reusable Ramanbiosensor." Opt. Express 21(10):12340-12350.）。

印度的Rani, M.等报道了利用氧化铟的SPR光纤传感器（Rani, M., et al."Surface plasmon resonance based fiber optic sensor utilizing indiumoxide." Optik - InternationalJournal for Light and Electron Optics.）。

武汉理工的Ding, L.等人报道了光纤氮氧化合物传感器（Ding, L., et al."A sensitive optic fiber sensor based on CdSe QDs fluorophore for nitricoxide detection." Sensors andActuators B: Chemical.）。

电子科技大学的饶云江教授综述了重庆大学及电子科大10多年以来在光纤传感方面的研究成果（RAO, Y. (2012). "OFS Research Over the Last 10 Years at CQU &UESTC." Photonic Sensors 2(2):97–117.）。

此外还有：

Cho, S.-Y., et al. (2013). "Rugate-structured free-standing poroussilicon-based fiber-optic sensor for the simultaneous detection of pressure andorganic gases." Sensors andActuators B: Chemical 183(0): 428-433.

Pulido, C. and ó. Esteban (2013). "Tapered polymer optical fiber oxygen sensor basedon fluorescence-quenching of an embedded fluorophore." Sensors and Actuators B: Chemical184(0): 64-69.

H. S. Efendioglu, T. Yildirim, O. Toker, and K. Fidanboylu, "Newstatistical features for the design of fiber optic statistical modesensors," Optical Fiber Technology,2013.

D. Tosi, "FBG/DFB-induced chaotic self-mixing analysis and sensingapplications," Optics&LaserTechnology, vol. 50, pp. 176–181, 2013.