中英文文献翻译

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1、使用了光纤光栅技术的光学水位传感器基于光纤光栅( FBG )技术我们开发了一种光学高精度水位传感器。该传感 器可用于测量河流,湖泊和污水处理系统的水位。传感头由一个膜片,一个特制的 弹簧管和两个光纤光栅组成, 一个用于张力测量另外一个用于温度补偿。光纤光 栅贴在弹簧管上，由于水位的上升，来自光纤光栅的发射光，使中心波长改变。 通过波长检测设备检测中心波长，波长检测设备由一个调谐 F-P 滤波器组成。我 们实现了传感器精度为土 0.1%即为土 1CM，水位测量范围为10m。几个传感头可 以通过一个光纤串联在一起。用一块波长讯问设备可以同时测量不同的水位。 1简介：河川管理员具有非常重要的责任,是

2、维护其河设施和监测流域状况。由于河 川设施是沿着河流域分散的，管理员要定期检查这些设施。这一工作是非常花费 员工的时间和体力的。此外 , 很难对这些设施进行抽查,以确定其结构完整性, 在发生自然灾害 ,如洪水冲刷,地震干扰。从这个角度出发，日本政府沿着其河 川流域建立了光纤网络。利用这种光纤网络近日有效地研制光纤传感器和传感系 统, 而适用于流域防洪设施的安全管理。光纤传感器及其系统,有以下的优点：1. 低传输损耗使光纤遥感超过几十公里。2. 实时监控是通过传感头连接在一起，测量设备直接使用光纤。3. 传感头为全光通信无源器件,不需要进行电力供应，传感器头已装入。4. 由于是不受电磁干扰的一个

3、光学传感器, 它不遭受触电有害影响的,如发 生了雷击。水位传感是一个河川最关键的问题,无论是河流管理者和附近 居住的立足点都是一个流域设施的维修以及预防自然灾害。我们已开发出光学水位传感器利用光纤光栅(FBG),拥有的优势比上述更多。在 本文中,我们详细阐述了光纤光栅作为应变传感器, 水位传感应用的业绩,获得 了实用领域。2 光纤光栅技术及传感应用 ：2.1 光纤光栅的原理FBG是一个沿着给定长度光纤的折射率的调制解调器。图1所示光栅的结构 示意图，由于耦合关系向前和向后传播方式, 特定波长的光前其折射率取决于调制周期，反映在光栅位置上。入射光反射时它的波长等于布拉格光栅波长九, B 定义为下

4、式：九=2 n A (1)B effn 是有芯模有效折射率 ， A 是光栅周期。其他波长的光传送通过 FBG eff及下一个光纤光栅的照射 。因此，他是一个可以实现多点传感在一个串联的光 纤光栅上。各自有不同的反射波长。光谱的反射光来自光栅，可实现对应力和温 度的分别测量，布拉格波长的变化量AX和应变和温度的关系。BAb 二(1 - P ) t+g.AT(2)尢 8B其中P是有效的光弹性系数，是应变，g是热光系数，AT是温度的变化量。使用普通的单模光纤通信，他的有效光弹性系数P是0.22，灵敏度在应用轴向 应变和温度补偿1.2分/微应变和10分/C分别在1.55微米波长范围内。2.2 光纤光栅

5、的制作图 2 显示了光纤光栅的制作工艺， 我们使用了聚酰亚胺涂层光纤的光纤光 栅作为应变传感器 ，在边界上覆盖涂层不让其滑动，使外部应变正确地转移到 光栅上。用来制造光纤光栅的光纤用经过紫外线的照射处理。提前写光栅，聚酰 亚胺涂层光纤受到一掺氢处理，为了获得足够的光致折射率变化量，掺氢过程是 在紫外线照射之前完成。聚酰亚胺涂层， 部分外用一种化学溶剂溶蚀。 KrF 准分 子激光器的输出波长为248nm,随着纵向扫描通过相位掩膜法fbg刻在光纤核心 区域。底片感应折射率调制沿着光纤，即趾剖面可以控制的可编程扫描速度的激 光束。我们采用高斯切趾法， 以抑制分辨损失的反射光谱 。之后写光栅，加聚酰

6、亚胺涂层是为了保护剥离部分。最后，光纤与光纤光栅受到高温（300C）热处理 30 分钟，为确保长期稳定。3光学水位传感器用光纤光栅3.1 结构光学水位传感器图 5 和图 6 分别显示了光学水位传感器结构示意图和原理图，传感器是一个 压力转换元件。传感头由一个膜片， 一个特制的弹簧管和两个光纤光栅组成， 一 个光栅是用于张力测量，另一个光栅用于温度补偿。这一水位传感器用于测量水 压和水位的比例，水压传送到内部有硅油的弹簧管。这是弹簧管将油压转换为弹 簧管尖的张力，然后利用玻璃管的高弹性将油压转换为管部顶端的张力并且扩张 到FBG,即在顶端和底部串成一串。因此,光纤光栅是拉伸比例随水位上升。光 纤

7、光栅是有轻微的预拉伸初期， 为使测量水位直线下降， 最低水平 布拉格波长随 温度的变化而变化，也和石英玻璃的遮光系数有关。补偿的温度依赖性， 另一种 是光栅串联与光栅传感头拉伸测量。传感器在安装温度补偿的光纤光栅是在不受任何压力（如水压力）的基础上的。内在波长漂移A九 比例的水位变化的计算：WLA九 二A九 -KA九W L tem s tem p这里AX t是贴在弹簧管上的光纤光山的波长，其中包含温度的动荡，A九tenstemp是测量过温度补偿了的光纤光栅的波长， K 是光纤光栅的温度系数，将这个值置 1 来校准光纤光栅设备。气压传感器的平衡情况与外部大气压力的空气感应水管， 内部含有光纤的

8、电缆有关。3.2 光学水位传感器的测量结果图 7 显示来自光纤光栅传感器测量系统反射光的探测波长。宽带光来自 ASE 光源发射的光经过 FBG 反射后经由三个循环点返回的光。通过另一个循环点走向 F-P 滤波器作为光谱仪器。其他波长的光通过光纤光栅,并传递到下一个光纤光 栅, 不同波长的光反射也不同。因此，通过将光纤光栅串联，一个光纤传感器就 可以实现多点测量水位，这主要是由光纤光栅反射不同波长。 光纤使用几个光 学开关开关，该系统可连接多传感器获得的测量结果采用单一波长访问设备。 终端用户的F-P可调谐滤波器是700个，是传输带宽的一半，最高接近0.1 nm,而 用波长范围是 1530 至

9、1570 nm 左右。调谐滤波器正在驱动压电换能器, 50 赫兹 三角波电压扫描距离已广泛应用于 F-P 滤波器标准。为改善波长准确性， 我们采用了温控光栅作为参考， 这表明有固定波长低于 1 时波动 ，而这些数据是平均值的 10 倍以上， 以减少随机噪声。结果如图 8 所示。当平均超过10倍，波长波动可以抑制小于5pm。我们设计的最大应变适用 于在10米的水压，FBG拉伸测量0.3%左右。它相当于一个3.6 nm的中心波长的 光纤光栅。为了核实准确的水位测量， 我们测量了波长漂移的 10 倍。运用伪水压 力传感器膜片空气稳压器，图 9 显示应用压力表测量压力和应用光纤光栅传感器 测量波长的对

10、应关系。结果表明， 水压力有良好的线性关系，且每个测量点的误 差小于3 pm/cmH20,我们衡量在0 , 20和40C，这些特定的温度范围内这种传 感器的特性。结果如图 10 所示，纵坐标表示水位测量的误差计算所得的线性拟 合线，测量结果依赖于压力和波长两者的变化。在每个温度条件下， 其误差为每 点不到lcm。我们证实了这种传感器的重复性和耐久性，适用于测量水位在 0 到 3 米反复 变化。图 11 的结果显示，即使在 100 倍的压力下，测量结果也接近真实值，测 量误差在lcm以内。我们观察了传感器因温度波动或金属疲劳要素导致结果的 漂移和蠕变。3.3 光学水位传感器在河川中的实用性能从

11、1999 年 8 月至 2001 年 3 月我们在 Kakehashi 河流和 Kanazawa 工作办公室内 进行了传感器系统的实地测试。通过这次实地测试我们证实了传感器和测量设备 的稳定性。他们操作超过一年半河流水位测量精度达到 1cm， 无致命的系统误 差。接下来 ， 我们安装了这一系统配有三个传感器 ， 在 Uono 和 aburuma 河， shinanogawa 工作办公室， hokuriku 区域发展于 2001 年 11 月。系统图及水位测 量的结果显示， 分别如图 12 和图 13 所示： 测量的同时，利用传统的电热水位仪 表进行测量，二者安装在同一个测量点。两种类型的传感器

12、水位测量数据大致是 相符的，二者的不同的是光学水位传感器的测量误差小于lcm。通过实地测量我们证实了光学水位传感器在液位测量上的优势，而且它可以 远程和实时监控，在传感点上不需要电源供电。结论们开发的这种全光学的水位传感器，其测量精度具有 0. 1%，水位测量范 围为 10m。目前已经在很多位置建立这种传感器系统，如河川流域、湖泊和污水处理系 统， 在那里持续工作， 用来测量其实际水位。传感器技术到目前为止，我们考虑到电磁辐射的自然特性，其来源和作用是物体和材料 之间的接触。据指出，感觉到的大部分的辐射或放射目标，通过空气直到它由传 感器监测。传感器的组成和它的运行是重要的学科范围。它涉及的太

13、多了以至于 不能用一种方法讲解。虽然如此，一些基本的概要在这能得到阐述。传感器技术 全面整体回顾。由日本的遥感协会开发，而且在互联网上找到这个镜象站点。一 些传感器的有用的连接和它的应用在这个叫做的NASA的地方包括了。我们指 出许多读者现在使用复杂的传感器，这些传感器使用的是下述的技术:数码相机; 更多是在这页底部的常用的传感器。很多遥感器都被设计来测量光子。传感器运行的潜在的基本原则主要集中在 一个重要的元件上即探测器。这就是光电效应的概念（是爱因斯坦首先详细地解 释了，并且赢得了他的诺贝尔奖。他的发现是，在光子物理学发展上的关键性的 一步。这点简单得说，当一些适当的光敏材料一块服从光子射

14、线时将有负电子的 放射。电子可能在板材中流动，被收集，然后算作是信号。一个关键点是：产生的 电流的幅度（单位时间内产生光电的数量）与光强度成一定比例。因此，电流的变 化可以用来测量光子的变化（数量；强度），光子在指定的间隔时间触击扳子。被 发布的光电子的动能随冲击辐射的频率（或波长）而变化。但是，不同的材料接 受光电效应释放的电子有不同的波长间隔时间；每个都有一个现象开始的门限波 长并且有它停止的一个更长的波长。现在，有了建立在多数遥感器的操作的基础 上的原则，让我们总结传感器类型（典型）几种主要想法在这两张图上：一是几组 传感器的一种功能处理，被作为三角图，壁角成员由主要参量的测量来确定；光

15、 谱；空间；强度。从这张宏伟的名单，我们将集中讨论光学机械电子。辐射计和扫描器，在别处把照相机影片系统和主动雷达留为考虑，主题是在 讲解和热量系统的描述对一个最小值（见第9部分的进一步处理）。上面的小组包 括我们主要考虑及早在这个部分的地球物理的传感器。传感器（能量导致辐射被 接受来自一个外部来源，即太阳）和积极得（能量引起了从传感器系统内部，放 光向外，并且分数返回被测量）。传感器可能是非想象的（测量辐射被接受从所有 点在感觉的目标，报告结果作为电子信号强度或某一其它定量属性，譬如发光） 或想象；因为在目标辐射与具体点有关，最终结果是影象图片或光栅显示如 同平行线地平线在电视屏幕。辐射计是一

16、个一般用为定量地测量EM辐射在EM光谱的在某一间隔时间 的一种仪器。当辐射是从狭窄的光谱带且包括可看见光，光度计可能被替代。如 果传感器包括一个组分，譬如棱镜或衍射滤栅，可能打破辐射延伸在光谱分离波 长和驱散（或分离）它们的部份在不同的角度对探测器，这称分光仪。一种类型的分 光仪（被用在实验室为化工分析）通过多种波长辐射到一个裂缝再生产裂缝依照 被排行在各种各样的间距在影片板材的一个分散的媒介。很多空气/空间传感器 都是光谱声音仪。能瞬间地测量辐射立即来自整个场面的传感器叫做构筑的系统，眼睛，照相 机和电视光导摄象管属于这个小组。被构筑场面的大小由定义视野的开口和光学 系统，或FOV确定。如果场面是点由点感觉的（等效与小范围在内）在有限计时连 续线之内，这个测量方式组成扫描系统。多数非照相机传感器扫描操作从移动的 平台图象场面开