焊接结构光纤Bragg光栅土压力传感器设计

针对传统土压力传感器长期稳定性差、抗电磁干扰能力不强以及组网难度大等问题,根据传感器与土介质的匹配原则,设计了一种焊接结构双膜片光纤Bragg光栅(FBG)温度自补偿土压力传感器,可实现温度和土压力2个参量的同时测量.传感器主要由2个膜片与基体组成,膜片与光栅固定柱一次成型,便于加工封装.对传感器灵敏度系数进行了计算分析.根据分析结果,加工封装传感器并对其进行了压力校准及温度自补偿性能实验.实验结果表明:传感器的输出波长分别与温度和压力呈线性关系,压力灵敏度系数为528.1 pm/MPa,输出分辨率为0.19%,线性相关度99.988%;在5~45℃内温度灵敏度系数为31.9 pm/℃,线性相关度99.998%,传感器在5~45℃范围内具有良好的温度自补偿能力,其性能参数符合工程应用要求.     

光纤Bragg光栅流量传感器

采用靶式结构作为光纤Bragg光栅流量传感器的换能元件,其中两片光栅分别粘贴于等强度悬臂梁的上下两表面。采用双光栅粘贴方式对传感器进行温度补偿,有效的解决了应变与温度交叉敏感的问题,提高了测量灵敏度。实验表明该靶式光纤Bragg光栅流量传感器的载荷响应灵敏度为33.6pm/kg,测量精度为0.5%。     

温度自补偿型光纤Bragg光栅土压力传感器设计

针对传统土压力传感器长期稳定性差、抗电磁干扰能力不强以及组网难度大等问题,根据传感器与土介质的匹配原则,设计了一种光纤Bragg光栅（FBG）温度自补偿土压力传感器,可实现温度和土压力2个参量的同时测量.对传感器灵敏度系数、匹配性等参数进行了理论分析计算.根据分析结果,加工封装传感器并对其进行了压力校准和温度自补偿性能实验.实验表明：传感器的输出波长分别与温度和土压力均呈线性关系,压力灵敏度系数为272.19 pm/MPa,输出分辨率为0.36％,线性相关度为99.989％;温度灵敏度系数为21.16 pm/℃,线性相关度99.998％,在0～40℃范围内具有良好的温度自补偿能力,其性能参数符合工程应用要求.     

夹持式封装低温敏FBG应变传感器的设计

设计了一种两端夹持式封装的低温敏FBG应变传感器.利用金属内、外管产生的膨胀差值引起的光栅波长变化量,与热膨胀和热光效应引起的光栅波长变化量抵消,实现温度补偿,金属内、外管隔及隔温套管与夹持支座内部均采用粘结剂连接后实现对光纤光栅的封装.标定试验表明:该传感器的温度灵敏度为0.78 pm/ ℃,是裸光纤光栅温度灵敏度的7.2%,大大降低了对温度的灵敏性,应变灵敏度系数为1.377 pm/ ℃.     

智能服装中光纤Bragg光栅心音检测方法的研究

研究基于光纤光栅智能服装心音检测的理论和方法.根据光纤光栅应变效应和圆形膜片振动原理,建立了心音传感数学模型,推导出心音灵敏度计算公式.设计了光纤光栅心音传感器结构并制作出样品,其灵敏度理论值为957.11 pm/kPa.用所设计的传感器对人体心音进行实测,反射波长变化范围约70pm.在体温不变的情况下,光纤光栅反射波...     

压力传感器温度漂移补偿的一种新方法

提出了一种用于压力传感器的温度漂移补偿新方法。该压力传感器中包含了两个灵敏度不同的敏感电桥，它们被制作于同一芯片不同厚度的膜片上。所采用的一种电阻设置新形式，可有效节省芯片面积。通过双桥间的互补，同时消除了压力传感器的热零点漂移和热灵敏度漂移，文中给出了温度漂移补偿的具体算法及相应的实验结果。     

海洋双光纤光栅压力传感器的温度响应特性

为满足海洋温深剖面连续拖曳测量的要求,测量海水深度的光纤布拉格光栅(FBG)压力传感器是利用FBG温补传感器来解决交叉敏感问题。由于二者对温度响应时间不一致,导致在中尺度旋涡、锋面等温度骤变海域测试海水压力时有所偏差。针对这一现象,设计出了一种新型的双光纤光栅压力传感器,通过在压力传感器的中心和边缘各封装温补和压力光纤光栅(边缘光栅不接触弹性膜片,仅受温度影响),使其对温度响应特性接近一致。实验测试结果表明:传感器的温补和压力光纤光栅对温度响应时间分别是1. 45 s和1. 52 s,响应一致性好。通过海试验证,FBG压力传感器与参考压力传感器ALEC—TD的相关系数高达0. 990 6,基本消除温度响应不一致导致的测量误差,能够达到准确测量压力的目的。     

温度补偿的FBG式飞机驾驶杆力传感器

在理论分析飞机驾驶杆弹性元件受力后应变分布特征的基础上,设计了基于光纤布拉格光栅（FBG）的宽温度范围杆力传感器。在30℃～80℃温度范围内,通过对飞机驾驶杆弹性元件施加横向和纵向载荷,实验研究了基于FBG的宽温度范围飞机驾驶杆力传感器的响应特性。实验结果表明,该传感器的纵向和横向灵敏度分别为4.74pm/N和5.16pm/N,纵向和横向灵敏度的温度补偿误差分别为0.76%和0.54%。     

蓝宝石高温光纤压力传感器的设计与仿真

针对高温环境下压力测量需求,提出采用蓝宝石材料来构造适用于特殊环境下的光纤高温法珀压力传感器。基于圆形膜片压力敏感原理设计了传感器敏感单元结构尺寸,通过Comsol有限元软件建立了敏感单元模型,对敏感膜片的表面位移及应力分布情况进行了仿真,验证了传感器设计的可靠性;同时分析了传感器的温敏效应,结果表明随温度升高,传感器的灵敏度会增大,会对压力测量产生误差,约为1.51kPa/℃,上述结果为蓝宝石高温压力传感器的结构和性能优化设计提供了有效指导。     

单个光纤布喇格光栅实现应变温度同时测量的研究

实现单个光纤布喇格光栅同时测量应变和温度的实验系统.在该系统中,温度变化使光栅的布喇格波长位移,应变使反射谱分裂成双峰.结果表明,根据光栅的初始布喇格波长和两个分裂的布喇格波长可以同时确定应变和温度的变化.应变和温度灵敏度的实验结果分别为1.172 pm/με和10.78 pm/℃.该系统在结构健康监测、智能材料和结构等领域有应用前景.     

铠装光纤Bragg光栅温度传感器的研究

裸光纤Bragg光栅(FBG)的温度灵敏度约为10pm/℃。在铠装FBG温度传感器中,光栅粘贴于热膨胀系数较大的金属片(如Cu和Al)表面的线槽内。金属片受热膨胀将衍生出光栅的轴向热应变,从而提高光纤光栅的温度响应灵敏度。在采用波分复用技术中的FBG的传感网络方案中,串联的3只光栅均置于温度控制器中。实验表明:当温度从20℃升至80℃时,Cu制和Al制铠装FBG温度传感器的表观温度灵敏度分别约提高34. 3, 42. 7pm/℃,测量重复性分别为2. 3, 2. 8pm。     

气体压力式FBG温度传感器设计

针对基于电信号传输的温度传感器难以在石油、化工、变电站等高危环境中做检测的问题,设计了气体压力式光纤Bragg光栅(FBG)温度传感器.采用气体压力式结构,在等强度悬臂梁上下表面的中心轴线上各粘贴一只具有相同敏感系数的FBG,分析了该温度传感器的工作原理,建立了其理论数学模型,并组装了传感器.通过对设计的气体压力式FBG温度传感器进行升降温实验测试,得到传感器的静态性能特性:传感器的线性度为3.59％FS,升温过程中灵敏度为10.14 pm/℃,降温过程中灵敏度为9.99 pm/℃.     

光纤光栅压力传感器及其温度效应研究

根据Bragg光栅方程,讨论了光纤Bragg光栅(FBG)压力传感机理及温度对光纤光栅反射波长的影响;通过裸光栅的罐状聚合物封装,在0～20MPa的范围内,使光纤光栅的压力灵敏度提高为-42.0am/Pa,是裸栅的17.3倍,可作为恒温时较高压力环境下使用的传感器;经实验结果分析,100℃以下的温度范围内,封装后的FBG受温度影响效应变为裸栅的4倍,反射波长与温度亦具有良好的线性关系。指出非恒温环境下的压力测量应考虑对传感器反射波长随压力变化曲线进行线性修正,以实现对压力的准确测量。     

基于平面膜片的高灵敏度光纤Bragg光栅压力传感器

提出了一种新颖的利用粘贴于平面圆形膜片环向上的光纤Bragg光栅来实现压力传感测量的高灵敏度压力传感器。推导了该传感器波长与压力之间的关系,得到了该传感器的压力响应灵敏度的解析表达式。从实验上获得了-4.8549fm/Pa的压力响应灵敏度,是裸光纤Bragg光栅压力响应灵敏度的1618.3倍。该传感器的压力响应具有很好的线性。同时指出,该传感器的压力响应灵敏度随着膜片的大小、材料的力学参量、光纤Bragg光栅粘贴位置的改变而改变。     

高温压力传感器温度漂移补偿研究

针对高温压力传感器耐高温和高压的测量的要求,设计了压阻式压力传感器硅杯式芯片版图,采用SIMOX(separationbyimplantedoxygen)技术SOI(silicononinsulator)晶片,在微加工平台上制作了该芯片,获得了差动等臂等应变的惠斯登检测电桥。对采用耐高温封装后的传感器的热零点漂移、热灵敏度漂移和零位输出的补偿作了研究,设计了补偿电路,推导了热灵敏度漂移补偿的计算公式,在通用型高温压力传感器的研发中证明其可行性和实用性,并总结出了经验公式。     

压阻式高温压力传感器温度补偿与信号调理设计与测试

设计制作了一种集成信号调理电路的高温压阻式压力传感器,包含倒装式的压敏敏片、无源电阻温度补偿电路和信号调理电路组成;压敏芯片的制作采用SOI材料和MEMS标准工艺,温度补偿和信号调理电路采用高温电子元件;试验表明,无源电阻温度补偿具有显著的效果;此外,采用了高温信号调理电路来提高传感器的输出灵敏度,通过温度补偿来降低输出灵敏度;与传统的经验算法相比,所提出的无源电阻温度补偿技术具有更小的温度漂移,在220℃条件下传感器输出灵敏度为4.93 mV/100 kPa,传感器灵敏度为总体测量精度为±2%FS;此外,由于柔性传感器的输出电压可调,因此不需要使用一般的电压转换器随动压力变送器,这大大降低了测试系统的成本,有望在恶劣环境下的压力测量中得到高度应用。