基片式光纤光栅传感器应变传递分析与试验

为研究基片式光纤光栅传感器传递效率,建立了应变传递模型,对基片式光纤光栅传感器与裸贴式光纤光栅传感器进行了对比试验,得到了传感器中心波长与挠度关系曲线,试验结果表明：基片式光纤光栅具有良好的线性度,应变灵敏度为0.822 pm/10－6,应变传递效率可达89.4%。利用ANSYS有限元软件对基片式光纤光栅传感器进行应变传递分析,有限元分析结果与试验结果一致,证明了模型和计算方法的有效。提出铍青铜基片式封装形式,并建立ANSYS模型,对其传递效率进行计算,计算结果表明：铍青铜封装应变传递性能一般,但对光纤光栅具有良好的防护性能。     

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/ ℃.     

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.     

表面粘贴式光纤光栅传感器的应变传递机理分析与实验研究

金属基底封装的光纤光栅应变传感器具有线性度高、重复性好、易标定等特点,在应用中由于光纤与基体不直接接触,测量的精度取决于粘结胶的特性.在分析FBG应变感知机理的基础上,基于力学仿真设计了金属基底结构,并建立了包含光纤光栅-壳体-粘胶层-基体的四层应变传递仿真模型,制作并利用悬臂梁进行了应变测试,取得了良好的实验结果且与仿真计算误差在0.5%以内.     

粘贴式光纤光栅传感器应变传递规律研究

介绍一种粘贴式的光纤光栅应变传感器的结构和工作特性.首先从力学的角度分析了粘贴式光纤光栅应变的传递规律,然后采用有限元的方法分析了粘贴式应变传感器的变形传递影响因素,确定了粘贴式光纤光栅传感器的结构参数,最后对该粘贴式的光纤光栅应变传感器进行了重复性、一致性、动态特性和疲劳性实验,实验证明了该传感器在大型土木工程中具有较高的实用价值.     

增敏微型FBG应变传感器设计

提出了一种两端夹持套管封装的光纤Bragg光栅(FBG)应变传感器,其结构包括光纤光栅、夹持套管、尾纤3部分,夹持套管封装的传感器尺寸小,可以改变灵敏度系数,测量精度高,适用于应变较小、受尺寸限制的室内模型试验.测试结果表明:增敏微型FBG应变传感器灵敏度高、低噪、稳定可靠,在标距范围内线性关系良好,线性度均达到0.999以上,制作工艺简单,具有很高的实用价值.     

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。     

光纤光栅传感器应力补偿及温度增敏封装

针对光纤光栅温度传感器的交叉敏感问题,提出了一种光纤光栅温度传感器的铝盒封装工艺,并对铝盒封装光栅温度传感器的温度和应力特性进行了理论分析和实验研究.研究表明,该封装有效地减小了光纤光栅的应变灵敏性,并将光纤光栅的温度灵敏度提高到裸光栅的1.8倍.     

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。     

高灵敏度SAW纱线张力传感器研究

灵敏度是声表面波（ SAW）纱线张力传感器成功检测纱线张力的关键。通过对SAW纱线张力传感器的灵敏度和基片应变率之间关系的研究,提出了通过增加基片应变率来提高传感器灵敏度的理论。以该理论为指导,给出了通过灵活设计基片尺寸来获得最佳基片应变率的设计方案。为了得到最佳基片应变率对应的基片尺寸,建立了基片应变率和基片尺寸之间的数学模型,提出了求解最大基片应变率所对应基片尺寸的线性规划模型,即最佳灵敏度所对应基片尺寸。实验表明：该方法可以有效提高SAW纱线张力传感器的灵敏度,灵敏度达3132.4 Hz/gf。     

F-P光纤传感器的温度与应变传感特性研究

介绍了F P光纤传感器的基本原理及优点,并据此研制出F P光纤传感器。对所研制的F P光纤传感器的温度特性及应变特性进行了理论分析和对比试验研究。结果表明:试验结果和理论分析基本吻合,F P光纤传感器对温度具有天然的稳定性,对应变具有良好的线性度和灵敏度。因此,可处理单一信号,从而避免了多个信号的交叉敏感问题.     

耐高压FBG压力传感器实验研究

为了提高光纤Bragg光栅（FBG）的压力灵敏度以实现油气井下高压传感的测量要求,设计了一种以薄壁筒为衬底外加保护套的耐高压FBG传感器。将FBG沿着弹性筒的轴向用高温胶固化在筒的内部。由于外界油压将引起弹性筒轴向压缩并传递到FBG上引起FBG波长的变化,测量FBG波长的变化即可得到外界压力的变化。理论得到传感器的压力响应灵敏度为-0．035nm／MPa;0-40MPa压力范围内压力实验测得传感器压力响应灵敏度为-0．0339nm／MPa,线性拟合度为0．9997,理论和实验符合得很好。结果表明：该传感器性能稳定,线性度和重复性好,可以用于油气井下高压的实时测量。     

非增强式原型封装光纤Bragg光栅钢筋应变计

为了适应量大面广的重大土木工程结构的长期健康监测,特别是克服恶劣的施工与服役环境(如,腐蚀、疲劳等),封装的光纤Bragg光栅(FBG)应变计不仅必须要有很好的测试精度、布设可靠等特性,还必须具有优越的性价比。针对这一实际应用要求,提出了一种非增强式原型封装光纤光栅钢筋应变计,并通过静载试验对其传感特性进行了研究。研究结果表明:试验结果与理论分析基本吻合,光纤光栅的波长变化与应变存在很好的线性关系,其相关系数均达到0.999以上,并具有很好的重复性;通过管内外应变对比试验说明:此钢筋应变计对钢筋几乎没有加强作用,能如实地反映钢筋应变。     

基片式FBG在飞机蒙皮测试中的对称补偿研究

基片式FBG传感器封装结构在应变测试中受到广泛关注,尤其是在航空航天领域,其粘贴方式对监测飞机蒙皮应变具有重要意义。为了提高基片式封装结构的FBG测量飞机蒙皮应变精度,对薄板试验件粘贴基片式FBG传感器进行力学性能研究,实验结果表明传统粘结基片式FBG传感器方式会引起被测薄板材在拉伸过程中产生非线性变形。据此,通过ANSYS有限元分析软件仿真粘贴1 mm传感单元的1.5 mm薄板静态加载过程,并进行静力学有限元优化分析,力学分析及理论推导结果显示,对称粘贴基片式FBG传感单元能够解决应变与波长非线性关系,且能够有效补偿温度对测量的影响。搭建FBG解调系统与MTS力学测试实验系统,实验结果表明,在对称补偿的布点方式下,应变测试线性度为0.998,传感单元应变灵敏度为0.946 pm/με,提高了应变测试精度,可以有效的应用到飞机蒙皮应变测试。     

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。     

光纤多模干涉应变传感器的数值模拟及实验研究

介绍了一种基于多模干涉理论的光纤应变传感器,它由两段单模光纤中间夹一段多模光纤组成。我们利用光束传播法(BPM)对这种结构进行了数值模拟,获得了多模光纤中被激励的所有高阶模式的耦合效率的解析解,通过计算得到其应变灵敏度是FBG型应变传感器的2.14倍。随后,对这种新型传感器进行了应变传感实验,实验结果为1.92倍,计算值与实验值基本一致,证明了此种数值模拟方法适于研究此类光纤多模干涉问题,并体现出这种单模-多模-单模结构的传感器在灵敏度方面的优势。     

光纤Bragg光栅在动态应变测量中的研究

为了将光纤光栅的传感特性应用于结构健康监测和高频应力作用下的材料力学性能测试中,对光纤光栅动态应变传感的测量进行了研究.设计了基于相位载波(PGC)零差法的非平衡Mach-Zender干涉解调系统,并对相位载波解调技术进行了分析.通过对比冲击实验和频谱分析,实验结果证明该检测方法有效可行,可以得到稳定的测量信号,系统在10 kHz的频率范围内有良好的频率响应.     

安装于低模量基体的FBG传感器误差分析

FBG传感器广泛应用于基体结构的应变测量,由于FBG传感器的存在改变了基体的应变分布,光纤与基体并非直接接触,导致测量应变产生一定的损失,因此需要研究光纤应变与基体应变的关系用以提高测量精度。建立了一个FBG传感器应变传递模型,并利用有限元验证其正确性,利用文中理论对各个参数对应变传递率的影响进行详细的分析;理论解和有限元解误差在3%以内。本文理论满足FBG传感器精度要求,对其实际应用具有一定的指导意义。