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。     

光纤光栅测量微挠度的研究

提出一种基于光纤光栅传感技术的微挠度测量系统。将B ragg光纤光栅粘贴于悬臂梁的自由端,当悬臂梁自由端受力发生微挠度弯曲时,光纤光栅将沿轴向发生形变,通过监测B ragg光纤光栅(FBG)传感器反射波长漂移可以测量出悬臂梁的微挠度变化。通过对系统结构理论分析和实验验证,该装置挠度测量范围为0~51μm,测量灵敏度达到0.05μm,线性拟合度达到0.999 7,非线性误差小于0.1%。     

一种改进型光纤压力传感器设计

针对现有光纤压力传感器压力监测范围小、灵敏度低、成本高的问题,设计了一种改进型光纤压力传感器。在悬臂梁粘贴一支应变光纤光栅,悬空一支温度光纤光栅（使其不受应力）。悬臂梁下方的限位罩将弹簧、波纹管压罩、波纹管罩于其内部,限位罩内侧上平面与弹簧上平面接触,弹簧下平面与波纹管压罩接触。当外界压力通过波纹管底部的管道到达波纹管时,高压使其产生轴向的形变,进而压缩弹簧,最终弹簧发生形变,将力传至悬臂梁,改变应变光纤光栅的受力情况。在单层波纹管增加了劲度系数更大的弹簧,以限制外界产生压力时单层波纹管发生形变,使波纹管与弹簧共同传递压力到悬臂梁。实验结果表明：改进后传感器的压力监测量程为0～5 MPa,相比改进前提升5倍,传感器的灵敏度为0.379 98 nm/MPa,测量误差在0.02 MPa之内。将改进后的压力传感器应用于某井下输水管道进行验证,结果表明：与高精度电子压力计测量结果相比,该传感器的压力解调误差在0.02 MPa之内。     

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%。     

一种十字型阵列的光纤光栅柔性力觉传感器

力觉是仿生体智能感知的重要内容,本文提出一种基于光纤布拉格光栅双层分布式阵列单元的力觉传感器,基于纤布拉格光栅的传感机理,设计了一种十字型光纤布拉格光栅阵列单元,埋置入聚合物材料中并进行了仿真分析,搭建力觉传感实验平台,完成了温度,压力和剪切力传感实验并进行了重复性分析。仿真和实验结果表明,该力觉传感器能实现力觉信息检测,并具有良好的线性度和重复性。FBG1和FBG2的温度灵敏度分别为13.3pm/ ℃和12.8pm/ ℃ 。FBG1和FBG2的正向压力灵敏度分别为0.0258nm/N和0.0284nm/N,百分误差平均值分别为2.77%和2.59%。FBG1x正向剪切力灵敏度为0.0536nm/N,百分误差平均值为 3.77%。该传感器有望应用于力觉传感领域,具有一定的应用价值。     

环氧树脂掺金属粉末嵌入式FBG封装技术研究

针对光纤光栅(FBG)与被测金属构件可靠连接问题,提出环氧树脂掺金属粉末嵌入式封装技术,阐明了该封装工艺,采用纯弯曲梁对裸光纤光栅和封装后的光纤光栅分别进行应变实验,结果表明,经环氧树脂掺金属粉末封装后的光纤光栅传感器应变灵敏度是裸光纤光栅的1.3倍,达到1.53pm/με,具有很好的重复性,该方法提高了嵌入光纤光栅后被测金属构件的机械强度.     

光纤光栅与电阻应变片磁场环境下应变测量的试验研究

针对磁场对传感器工作性能的影响,借助等强度标准悬臂梁,研究光纤光栅和电阻应变片在磁场环境下的应变测量特性。给出2种传感器的应变传感方程,搭建磁场工作环境,分别采用电阻应变片和光纤光栅对磁场下悬臂梁的应变进行测量。结果表明:在有周期变化磁场工况下,电阻应变片的时域波形产生周期性的脉冲,脉冲大小与变化磁场的强度成正相关关系;光纤光栅传感器的测量结果则始终维持在理论计算值左右,不随磁场的变化而产生较大波动,证明了光纤光栅的抗电磁干扰特性。     

变宽度悬臂梁的FBG流速传感器

通过对光纤传感器进行设计,提出了一种基于变宽度悬臂梁的光纤(Bragg)光栅(FBG)流速传感器.传感部分由不锈钢材质的悬臂梁和粘贴在其特定位置上的FBG构成,悬臂梁采用等腰梯形和矩形相结合的外形结构设计,传感头两部分之间的衔接不需要用销子固定,整个传感头浑然一体,无额外附加重量,制作方法简易,且实验设置参考光栅,实验结果不受温度变化的影响.实验表明:传感器的Bragg波长漂移量与流速变化有很好的线性关系,传感器的灵敏度为0.025 m/s.可测流速范围为0～2 m/s,传感器不仅实现了对温度的补偿,而且提高了测量精度、灵敏度.     

多模光纤光栅的应变传感特性

主要对多模光纤光栅的应变传感特性进行了实验研究,实验结果表明,光纤光栅的Bragg波长随轴向应变的变化呈现出良好的线性关系,而且其重复性相当好。实验测得的应变灵敏度为0.0011nm/(×10-6),与理论计算值相符。这些特性与单模光纤光栅的传感特性基本相同,因此可以用多模光纤光栅代替单模光纤光栅制作光纤传感器以降低成本。实验结果可以作为对光纤光栅进一步深入研究的参考。     

一种基于等强度梁的光纤光栅高频振动传感器

以光纤光栅为敏感元件,设计了一种基于钢制等强度悬臂梁结构的高频振动传感器,该传感器由光纤光栅粘贴于等强度悬臂梁的表面而实现.运用材料力学原理对该等强度悬臂梁的共振频率和应变特性进行了推导.采用匹配滤波法解调光信号,并进行了传感探头优化设计,使该传感器实现了温度补偿.在不同环境温度下对任意频率的振动进行了测量实验,结果表明这种振动传感器可以实现高频振动信号的检测,实际上限频率达6 kHz,测量频率误差小于0.5%,能够实现温度补偿,且集成度高,结构轻便,具有广阔的实用前景.     

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/ ℃.     

具有温度补偿的膜片型光纤光栅温度压力传感器

阐述了具有温度补偿结构的膜片型光纤光栅温度压力传感器。传感器以弹性膜片为感压元件,在压力作用下产生轴向位移来压缩压力敏感光栅以实现压力传感;通过结构温度补偿消除压力敏感光栅的温度漂移,同时串入感温光栅进行实时修正并实现温度测量。对传感器的压力和温度特性进行了测量。试验结果表明:压力灵敏度为528 pm/MPa,温度灵敏度为8 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...     

输电线路覆冰监测用FBG拉力倾角传感器的研制

架空输电线路覆冰严重危害电网安全稳定运行。基于现有输电线路监控系统需要现场电源,易受电磁干扰等缺点以及光纤布喇格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器具有抗电磁场干扰、灵敏度高、体积小等优点,开发了一套基于FBG传感技术的输电线路覆冰在线监测系统。为了提高已有的FBG柱式称重传感器性能,更好地监测导线覆冰情况,研制了用于耐张塔处的FBG双闭环U型拉力传感器,可以测量导线覆冰厚度、张力、弧垂等多项重要参数。所研制的FBG双闭环U型拉力传感器由FBG传感器和弹性体两部分组成。在该传感器中,通过设计双闭环U型结构形成了高精度抗偏载能力强的拉力传感单元;弹性体受力后,在U型槽上下表面可相应地产生拉、压的主应变,两FBG波长值相减即能消除FBG应变与温度的交叉敏感问题,且不用额外补偿措施。实验室试验结果表明,所研制的光纤光栅传感器拉力测量单元线性度高,拉力传感的灵敏度为0.0413pm/N,分辨率为24.21N,非线性误差为1.7%,精确度为2.37%,相对以往的FBG柱式称重传感器,非线性误差降低了40%,精确度提高了1.2倍,各方面性能均有提高。     

一种新颖的布拉格光栅气体压力传感器的设计与实验

设计了一种将光纤光栅悬空固定结构的气体压力传感器,利用金属不锈钢菱形结构将波纹管中的压强转化成该菱形结构的应变,同时实现将菱形纵向分布的压力转化成菱形横向的应变,通过菱形结构应变直接被传递给光纤光栅,从而实现了测量波纹管内压强的目的。实验结果表明,在0～0.45 MPa范围内,光纤光栅中心波长的漂移与波纹管中的压强呈很好的线性关系,线性度可达0.99以上.在压力测量范围内,压力灵敏度系数达到1.360×10-3/MPa(相当于灵敏度2.111 nm/MPa)。     

一种基于光纤光栅压力传感阵列的飞机燃油液位测量方法研究

本文提出了一种基于光纤光栅压力传感器阵列的飞机燃油液位传感系统,研究了基于聚氨酯材料的压力敏感薄膜和光纤光栅压力传感器的制造工艺,通过光纤光栅(FBG)压力传感器阵列搭建了燃油液位传感系统,开展了液位传感实验。实验结果表明,该系统在75cm液位量程范围内可实现16.09pm/cm的测量灵敏度,最大相对误差<４％。论文提出的基于线性拟合曲线截距测量的液位高度计算方法,可以克服实际应用中测量液体密度和重力加速度变化对液位测量精度的影响,保证了系统的检测精度。该光纤光栅液位传感器为飞机燃油液位检测提供了一种新的技术思路。     

一种基片式光纤光栅应变增敏传感器

针对传统裸光栅直接粘贴式应变传感器应变灵敏度小的缺陷,提出了一种基片式光纤光栅应变增敏传感器,通过设计杠杆增敏结构的封装基片实现对光纤光栅的应变增敏.该传感器具有较大的应变放大机制,其测量精度与稳定性超过了裸光纤光栅.建立了该传感器的理论感知模型,并进行了与有限元仿真分析.由等强度悬臂梁标定实验可得该传感器实际应变灵敏度为6.122 pm/με,与理论结果和仿真结果一致,且线性度达到0.99998.通过动态激振实验对该应变增敏传感器的动态响应进行研究,实验结果表明该传感器能够在0～100 Hz范围内保持一致的增敏效果,能够良好的跟踪动态应变.该传感器在大型机械装备的健康监测与故障诊断方面具有良好的应用前景.     

一种新颖的强度调制型绞合式光纤应变传感器

介绍一种本征型强度调制绞合式光纤应变传感器,分析了该传感器的应变传感原理。理论与实验均表明,该传感器既能测量拉应变,又能测量压应变,对应变的响应具有良好的线性和重复性、灵敏度高、无迟滞现象。     

少模光纤光栅的飞秒激光制备及其特性

利用飞秒激光和相位掩模法在少模光纤中成功制备了光纤布拉格光栅(FBG),并对其反射光谱特性和高温应变传感特性进行了研究。结果表明:少模FBG的反射光谱中具有3个主反射峰,分别对应不同模式的自耦合和模式之间的互耦合。该FBG在800℃以下具有很好的温度响应特性,温度灵敏度为14. 27 pm/℃,且在500℃时具有很好的应变响应特性,应变灵敏度为1. 77 pm/10~(-6)。其有望在高温应变传感和多波长光纤激光器方面得到一定的应用。     

光纤Bragg光栅可变灵敏度液位传感器设计

为了实现对液位的多灵敏度状态下监测,设计了一种利用光纤Bragg光栅(FBG)的可变灵敏度液位传感探头.将薄膜片上的液体压力通过传压杆传送给悬臂梁,将FBG粘贴于悬臂梁上表面,利用灵敏度变换阀改变悬臂梁长度而改变传感器的灵敏度.对悬臂梁进行有限元仿真优化计算,得到悬臂梁的变形特性.悬臂梁长度分别调节为100,90,80 mm状态下,最大变形出现在悬臂梁尖端,分别为4.266,3.457,2.736 mm,裸光栅粘贴处,对应的灵敏度分别为2.0,1.5,1.0 mm/m,实现灵敏度变换.