光纤缠绕式应变传感器

研究了一种可用于机敏复合材料与结构状态监测的本征型强度调制光纤应变传感器,它由两根以上多模光纤相互缠绕绞合形成。分析了该传感器的应变传感原理,得到其既能测量拉应变、又能测量压应变的结论。传感器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。对植入碳纤维/环氧复合材料内的光纤缠绕型应变传感器的实验结果与理论分析一致,表明该传感器是适合于机敏复合材料与结构状态监测的较为理想的光纤传感器。     

冲击荷载下基于埋入式光纤光栅传感器的混凝土动态应变测试

为实现冲击荷载下混凝土材料内动态应变的直接测量,研制了基于光纤Bragg光栅的混凝土光纤光栅应变传感器。将光纤光栅传感器埋入混凝土试件在SHPB装置上进行了冲击试验,由光纤传感器和粘贴于试件表面的电阻应变计分别测量了试件内和表面的动态应变。利用测量结果分析了混凝土在冲击荷载下的动态应力应变响应。对测量结果的分析和比较表明,采用埋入光纤传感器来实现混凝土结构内应变直接测量的方法可行、合理,研制的光纤光栅传感器适合于混凝土内动态应变测量,可更广泛地应用于混凝土、岩石等介质的动态性能试验及结构的动态响应测试中。     

一种简易测试光纤光栅应变测量系统的方法

针对光纤光栅应变测量系统应用测试问题,基于悬臂等强度梁应变实验,对比理论计算、光纤光栅应变传感器及电阻应变片的三种应变测量方法,得出光纤光栅应变测量系统具有较好的可靠性和准确性。以国外可靠光纤光栅应变测量系统为参照,提出了简易测量光纤光栅应变传感器和光纤光栅传感分析仪性能的方法。针对准分布式监测问题,主要分析了光分路器对光纤光栅传感应变测量的影响。上述分析为光纤光栅应变测量系统在工程中的应用提供充分依据。     

埋入光纤进行复合材料中的应变测量

由于光纤传感器所具有的特点, 把光纤埋入复合材料内部进行应变测量, 从而监测复合材料的性能改变, 是随着智能复合材料结构的研究而发展起来的一项新技术, 本文用弱波导理论的有关结果研究了光纤在受到力作用时, 光纤应变和其中传输光的位相改变之间的关系, 计算了Corning 光纤在轴向应力作用下的应变-位相灵敏度, 为形成干涉型光纤传感器提供理论基础; 同时给出了单向受力情况下的实验验证, 分析了误差原因。      

工程结构光纤应变传感器

研究了一种用于土木工程结构监测的本征型强度调制光纤传感器，其敏感部分是利用光刻技术在多模光纤上形成的齿槽周期结构。详细分析了该传感器原理，首次得到这种传感器既能测量拉就变，也能测量压应变的统一表示公式。传感器对应变的响应具有 线性变和重复性，而且应变灵敏度完全由敏感元结构参数决定。     

航天液体发动机光纤应变测量技术应用研究

针对液体火箭发动机冷试验应变测量的测点多、传输距离远、测量准确度要求高等特点与要求,本文深入开展了光纤光栅应变测量技术的研究,突破了光纤光栅传感器的5℃～40℃温度范围内温度补偿关键技术,结合有限元仿真规范了光纤光栅传感器的粘贴工艺流程。研制开发了一套光纤应变测量系统,可以实现-3000με～+3000με范围内的应变的测量,并自主开发了数据处理及分析系统,通过调用3D Max程序实现了三维模型应变分布实时显示。本套系统已应用于某型号发动机游机框架静力加载冷试验中,测量结果与应变片测量结果一致,具有测量准确度高、易于实现分布式测量等特点,可推广应用于发动机及其他军工产品关键部件的应变测量中。     

光纤在土木工程中的应用

本文介绍了光纤传感器在土木工程应力场、应变场或速度场、温度场测试中的应用情况。介绍了分布式光纤压力传感器，变形测量传感器，光弹式压力传感器和光纤阵列传感方式及其在土木工程的应力、应变及速度测试当中的应用。以及在结构主动抗震的人工神经网络系统中的应用。及其发现前景的展望。     

石板坡长江大桥多通道光纤珐珀应变测量系统

应变是表征桥梁安全状态的重要指标。依据光纤珐珀应变传感器的特点以及石板坡长江大桥的实际情况,设计出多通道光纤珐珀应变测量系统。该测量系统成功地实现了光纤、光电测量技术、计算机技术和土木工程技术的交叉融合,实现了大型连续桥梁应变自动测量。运行结果表明,该测量系统具有一定的可行性和可靠性。     

光纤布拉格光栅传感器监测环氧树脂固化收缩研究

采用光纤布拉格光栅传感器对处于自由状态的热固性树脂在固化工艺过程中的温度和应变进行了实时在线监测,并且利用传感器的测量数据得到了固化后树脂在冷却阶段的热膨胀系数。结果表明:应用光纤布拉格光栅传感器能够实现从树脂凝胶点开始对固化过程中由于体积变化导致的树脂内部应变变化实时在线监测;传感器测得的固化后树脂在冷却阶段的热膨胀系数结果与热膨胀仪的测量结果相当;利用光纤布拉格光栅传感器测量热固性树脂的固化收缩具有较高的灵敏度和可靠性。     

国产轧制力传感器的结构原理与设计制造

冶金轧钢是连续的不间断作业,为保证轧机上的辊轮两端的力值一致,并指示和控制轧制力,通常需要安装轧制力传感器来测量轧辊两端的力值。寻找替代进口的国产大量程测力传感器,一直以来是轧钢企业的夙愿。轧制力传感器的国产化,是国内测力与称重传感器制造企业的技术攻关方向之一。     

腔长损耗对非本征F-P腔光纤传感器的影响

根据光学法布里-珀罗(F-P)腔基本原理,运用单模光纤能量散射模型分析了腔长损耗对非本征F-P腔输出光强度的影响.实验过程中所用的F-P腔由单模光纤端面和弹性硅片组成.实验结果表明,非本征F-P腔输出光强幅度随腔长增大逐渐衰减,其输出特性曲线中不同部分相同周期的线性工作区间却对应不同的测量量程和灵敏度,所以强度型光纤F-P腔传感器初始腔长应基于传感器的性能指标进行选取.     

膜片式光纤动态压力传感器的研制

为了更好地满足动态压力的测量需求,研究了一种基于法布里-珀罗（Fabry-Perot,F-P）干涉原理的膜片式光纤动态压力传感器。从理论上分析了多个反射面对F-P腔光谱的影响,提出了得到单一F-P腔的方法。进而采用机械研磨的方式对传感器膜片外表面进行粗化加工,有效解决了由多个反射面带来的光谱复杂问题。对传感器进行静态压力和动态压力标定试验,结果表明：传感器性能良好,在0~200 kPa（表压）范围内的静态压力测量误差小于等于0.5 %FS;在20~2500 Hz范围内,传感器的幅值灵敏度相对误差优于±10%。     

基于端面镀膜的Fabry-Perot光纤传感器研究

应用模式耦合理论计算了外腔式Fabry-Perot（F-P）干涉型光纤传感器的输出光强与F-P腔长的关系。对组成F-P腔的光纤端面进行了磨平抛光及镀多层电介质膜处理，使光纤端面反射率为70%，从而提高了传感器的抗干扰能力，简化了探测系统。将该传感器与电阻就变片作对比测量实验，其结果完全一致。     

温度对石墨烯膜光纤F-P声压传感器灵敏度影响研究

石墨烯具有优异的机械、电学与光学等传感特性,有希望成为下一代可穿戴电子设备的功能敏感材料。石墨烯膜Fabry-Perot(F-P)声压传感器具有高灵敏度、小型化和抗电磁干扰等优点,但会受到温度漂移的影响。温度对传感器的影响主要体现在F-P腔长变化,引起工作点漂移,导致传感器光学灵敏度发生变化,以及改变石墨烯膜预应力。本文制备了石墨烯膜光纤F-P声压传感器探头,通过声压测试表明,温度改变了悬浮石墨烯膜的机械力学特性,在1 kHz处使其机械灵敏度由1.80 nm/Pa提高至2.44 nm/Pa。     

Multiplexed Fiber-Optic Pressure and Temperature Sensor System for Down-Hole Measurement

A fiber Fabry–Perot (F-P) interferometer and a fiber Bragg grating (FBG) based pressure and temperature multiplexing sensor system is presented. This system is designed for high-temperature oil well down-hole permanent monitoring of pressure and temperature. Connecting a FBG temperature sensor and a F-P pressure sensor in series in the sensor head, the sensor system combines the advantages of simple structure of FBG for temperature sensing and high accuracy and low-temperature cross-sensitivity of F-P pressure sensor. Experimental results showed that the temperature measurement accuracy of 0.5$;^{circ}$C and the long-term drift of the air gap of the F-P pressure sensor at 300$;^{circ}$C is less than 0.1% within 300 h time span. This indicates that a long-term pressure measured accuracy of 0.03 MPa has been achieved in pressure gauge range of 0–30 MPa and in temperature variation range between 18 $;^{circ}$C to 300 $;^{circ}$C.      

HCPCF端面塌陷成腔工艺的F-P应变传感器

本文提出了一种新型测量应变的空芯光子晶体光纤(HCPCF)法布里-珀罗(F-P)干涉传感器,HCPCF的一端与单模光纤熔接形成反射面1,另一端在熔接机内通过电极放电使端面完全塌陷形成反射面2,构成以HCPCF为腔体的新型F-P干涉传感器。实验结果表明,腔长2mm的传感器在室温下的应变灵敏度为3.1nm/με,线性度为0.9992,极限腔长改变量为3827.3nm。温度在0～150℃的温度变化范围内,腔长的改变量约为0.17μm。理论和实验结果表明该新型传感器具有制作工艺简单、应变灵敏度高、温度灵敏度低和没有迟滞现象等优点。     

回转揉捻机构的力度检测与控制研究

茶叶、中药材、饲料等物料在回转揉捻加工过程中的揉捻力度是影响物料加工品质的重要因素,目前揉捻力度的大小和控制只能凭借经验来粗略估算,无法准确检测,影响物料加工质量,无法保证物料加工品质的一致性。通过对回转揉捻机构的改造,设置测力传感器和弹簧平衡机构,并辅以控制系统,实现了回转揉捻机构的力度准确检测和有效控制,提高了物料的揉捻加工质量,保证了揉捻品质的一致性,并且满足了回转揉捻机构参数化、自动化应用需求。     

保偏微结构光纤光栅 F-P腔折射率传感特性分析

针对提高光纤光栅折射率传感器抗干扰能力以及增加反射率的需求,本文提出了一种基于Fabry-Perot腔的保偏微结构光纤(PM-MOF)布拉格光栅折射率传感器.根据传榆矩阵法和有限元方法,分析了微结构光纤光栅F-P腔中被测物折射率与F-P腔反射谱中两个偏振模谐振波长差的关系,在此基础上讨论了中心孔直径、F-P腔长度等参数对传输特性的影响.研究结果表明,随着空气孔中填充物折射率的增加,保偏微结构光纤光栅F-P腔的两个偏振态的谐振波长差将逐渐减小;F-P腔的干涉作用使反射率较单个光栅有很大提高,便于长距离传输和实时解调;两个偏振模对外界干扰具有相似的响应,因此该传感器具有更强的抗干扰能力.本文研究结果为保偏微结构光纤光栅在折射率传感器及其生物传感器方面的应用提供了理论依据.     

一种基于光纤F-P腔的石墨烯谐振式压力传感器

谐振式传感器具有良好的重复性、分辨率和稳定性,全光纤谐振式微型传感器则集合了微纳结构与光纤传感特性两者的优点。石墨烯作为近年来发现的一种新型材料,具有良好的热学和力学特性,可以作为谐振式传感器中的敏感元件。本文提出了一种基于光纤F-P结构的石墨烯谐振式压力传感器,其兼具微机械传感器和光纤谐振器的优点,具有较高的谐振频率,在测量压力的实验中展现出良好的性能,压力灵敏度最高可达2. 93Hz/Pa,具有重要的应用价值。     

轧制力模型自适应在神经元网络预报轧制力中的应用

在中厚板生产过程中,神经元网络已经运用到中厚板轧制力模型预报中,但是与实际的轧制力相比还存在着较大的误差。为了提高神经元网络预报轧制力精度,将轧制力模型的自适应过程引入到神经元网络用于轧制力预报,应用结果表明,采用本文所述的方法,神经元网络的预测精度得到很大改善,预报精度的相对误差可以控制在±3％以内。