靶式光纤Bragg光栅流量传感器

通过传统流量测量元件的原理、技术和传感结构的研究,在设计中采用了光纤Bragg光栅作为传感元件并选用了靶式传感结构。利用靶式流量计中靶片受力与液体流速成一定函数关系,研制了一种轴封膜片结构的光纤Bragg光栅靶式流量传感器。建立了加载在靶板处的载荷量与该光纤Bragg光栅靶式流量传感器的Bragg波长移位值关系的传感模型;计算出该传感器的理论灵敏度为18pm/Kg;理论分辨率为0.055Kg/pm。并通过砝码干校法实验,测量出了传感器的实际灵敏度16.7pm/Kg,实际分辨率为0.06pm/Kg。     

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。     

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。     

大应变光纤Bragg光栅传感器的研究

在通信光纤的长期允许应变为3000 με的基础上,研制了一种测量应变范围为0～6000 με的大应变光纤Bragg光栅传感器.在外加应力的作用下,固定支点的相对位置发生变化,从而带动应变管发生轴向形变,导致了粘贴在调节管两端的光纤Bragg光栅按比例产生了Bragg波长移位.通过荷载,对大应变光纤Bragg光栅传感器进...     

光纤Bragg光栅传感器高速冲击试验研究

光纤Bragg光栅是一种性能优良的敏感元件,光纤Bragg光栅传感器在很多领域得到了应用.通过霍普金森压杆上的冲击试验研究了光纤光栅的动态响应能力.试验表明Bragg光栅能够正确响应不同频率的冲击信号,解调仪能够正确并快速解调出高速动态激励信号,同时Bragg光栅在受拉和受压时以及动态和静态灵敏度基本一致.光纤光栅传感器能够应用于武器侵彻爆炸等强冲击、恶劣环境下动态应力应变的测试.     

结构健康监测用光纤Bragg光栅温度补偿研究

阐述了光纤Bragg光栅及多光栅温度补偿法基本原理,推导出温度补偿公式。在光纤Bragg光栅应变灵敏系数标定及钢架静力试验过程中进行温度补偿,试验结果显示光纤Bragg光栅温度计能够准确测量温度干扰。     

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。     

对温度不敏感的光纤光栅压力传感器

分析了光纤Bragg光栅传感器的温度、应变交叉敏感机制,提出了一种新颖的方法,并进行了相应设计：将两根不同波长的光栅粘贴在传感器同一轮辐的正反面上,两个峰有不同的应变响应和温度响应,通过测量两个峰的漂移,就可以解矩阵方程实现压力和温度的同时测量,有效消除了交叉敏感对轮辐式光纤光栅压力传感器的测量精度的影响。改进封装工艺,可以使该方法更简便。     

一种耐高温光纤Bragg光栅温度传感器

分析了光纤Bragg光栅在高温段的线性特征,设计了一种高温光纤Bragg光栅的传感探头,并进行了理论和实验研究,结果表明:该传感器有很好的重复性和良好的线性特性。其灵敏度为0.0304nm/℃,是裸栅的3倍,可检测的温度范围为0～230℃,且具有很高的稳定性,经10次等精度测量,其灵敏度值的波动不超过0.06%。可应用于高温环境下测量温度的变化。     

低温敏的双管式光纤Bragg光栅应变传感器的研究

机械构件由于荷载会产生应变,根据应变分布情况可以确定构件的强度信息以及所受荷载状况。研制了一种降低温度敏感性的双金属管光纤Bragg光栅应变传感器。利用内、外管材料热膨胀系数的差值,抵消光纤Bragg光栅由于热膨胀和热光效应引起的波长偏移,实现在应变测量过程中的温度补偿。内、外管之间采用螺纹结构连接,通过调整内管旋入外管的螺纹长度来调节传感器的测量范围和温度补偿效果。实验表明,该传感器的温度灵敏系数为2.62 pm/℃,是裸光栅温度灵敏度的25%;应变灵敏系数为1.215 pm/με,非线性误差为0.8%FS,滞后误差为3.6%FS,重复性误差为2.86%FS。     

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/℃.     

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.     

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.     

差动式杠杆增敏结构FBG倾角传感器

研制了一种差动式杠杆增敏结构光纤Bragg光栅(FBG)倾角传感器,轻质杆通过杠杆增敏加压原理把质量球的倾斜量转化为悬臂梁的挠度变化,最终引起FBG波长的变化.推导了其数学模型,根据理论计算的数据加工传感器,并对该传感器进行了倾角标定实验和重复性实验.实验结果表明:FBG倾角传感器量程范围-40°～40°,倾角传感器的灵敏度为28.6 pm/(°),拟合度R2为0.997,重复性为0.92％.     

基于FBG的机器人柔性触觉传感器

为了满足机器人与外界环境、对象发生接触及交互作用时的触觉感知需求,提出了一种基于光纤布拉格光栅（FBG）的柔性触觉传感器．该传感器采用3×3 FBG阵列作为柔性传感元件,聚二甲基硅氧烷（PDMS）材料构成双层柔性基体．介绍了传感器的传感原理并采用有限元方法对其弹性体进行力学仿真分析,基于标定实验平台完成该传感器的静态标定实验．传感器的空间分辨率为25mm,在10mm×10mm载荷施加单元下,对力的感知范围为0～7N,且传感器具有较好的线性度和灵敏度,重复性和一致性良好,力灵敏度为0.16nm/N．实验结果和分析研究都证明了柔性触觉传感器的可行性．该传感器与人体皮肤触感及结构极为相似,且布线简单、抗干扰能力强．     

Fiber Bragg grating accelerometer with enhanced sensitivity

A cantilever based optical accelerometer with enhanced performance characteristics has been proposed. The sensitivity of the accelerometer has efficiently been enhanced by about twice as compared to the conventional design by tailoring the effective distance between the sensor axis to the neutral axis of the cantilever. The sensitivity enhancement has been done without affecting the characteristic resonant frequency of the system. A sensitivity of about 450 pm/g is achieved for a specific cantilever-mass arrangement. The architecture requires much simpler design as compared to optical accelerometers based on similar working principle and having sensitivities of this order.     

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.     

基于平衡PZT法解调的FBG传感器

提出了一种基于压电陶瓷叠堆驱动参考光纤Bragg光栅(FBG)扫描滤波的FBG传感器波长解调机构,设计了对称结构U型金属支架结构,并采用两侧粘贴光纤光栅的方式,同时对光纤光栅施加相等的预应力,这种结构扩展了解调光栅的扫描范围,平衡了压电陶瓷叠堆所受的拉力,增强了其运行可靠性,提高了扫描线性度.实验结果显示:在0-200...     

光纤光栅温度传感器

本文提出了一种新型的光纤光栅温度传感方案,利用微机控制光纤激光器波长扫描寻址方法实现了传感信号的解调。理论上分析了系统的响应特性,并同实验结果进行了比较。