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。     

裸光纤Bragg光栅传感器工程特性试验研究

裸光纤Bragg光栅传感器结构纤巧,具有其它光纤光栅传感器无法比拟的结构优势。本文以等强度梁作为试验装置,通过对裸光纤Bragg光栅传感器的静态特性参数和动态响应特性进行的标定试验,验证了裸光纤光栅传感器在工程上直接应用的可能性。试验结果表明：裸光纤光栅传感器线性好,灵敏度较高,动态响应特性好,能够满足普通工程应用现场应力、应变的测量需求。     

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.     

TFBG的Fabry-Perot干涉型纵向微位移传感研究

提出了一种利用光纤Fabry-Perot(F-P)干涉结构的微位移传感器,该F-P干涉结构是由双倾斜光纤光栅(tilted fiber Bragg grating,TFBG)沿轴向错开一定距离构成空气腔形成的.入射光经双TFBG及其高反射端面往返传播,从而构成F-P干涉结构.光纤沿纵(z轴)向移动时,F-P腔的腔长发生变化,致使干涉光谱的自由光谱范围随之产生变化.实验验证,该传感器在0~115μm的测量范围内获得了高达0.475nm/μm的灵敏度,较之前提出的光纤光栅型传感器灵敏度提高了近3倍.     

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。     

强度调制型光纤传感器用电路研究

在强度调制型光纤传感器中,光源发光强度和光电接收器工作的稳定性,是决定测量精度的关键因素。设计了具有软启动功能和恒亮度控制的光源驱动电路,所用光电接收器能满足测量系统要求。实验表明,该电路软启动效果明显,能抑制电压波动冲击,输出电压稳定度优于0.8%,为提高该类传感器测量精度提供了有效的手段。     

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%。     

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.     

基于CO2激光焊接的高温光纤压力传感器

为了满足高温环境下的压力测量需求,研制了一种基于CO2激光焊接的高温F-P光纤压力传感器。介绍了MEMS压力敏感结构的制作过程,研究了传感器各组件之间的焊接工艺,实现了高温F-P光纤压力传感器的无胶化封装。在此基础上,对传感器的温度特性和高温压力性能进行了研究。结果表明,采用CO2激光焊接封装的传感器可靠性高,在高温下信号传输正常,未出现光谱能量衰减现象。在300 ℃高温下,传感器在0~2.5 MPa范围内的测量误差小于0.2 %FS,能够实现高温压力的准确测量。但温度对传感器的影响不可忽略,在实际应用过程中需对传感器进行温度补偿。     

光纤传感式红外水分测定方法的研究

将光纤传感技术与传统的红外水分测定方法相结合,设计了一种光纤束传感器来实现发射光和接收光的传输.为将接收二极管上的微弱信号送到A/D转换器处理,采用锁定放大原理设计接收信号的调理电路.在不影响测量精度的情况下,能使红外水分测定系统变得更简单、更廉价.