基于FBG的输电线路温度解调系统

温度监测是输电线路覆冰监测中的重要组成部分。本文研制出基于单片机的低成本高分辨率高精度光纤Bragg光栅(FBG)温度解调系统。该系统利用可调谐F-P滤波器法对温度传感器反射光谱进行波长解调。为降低F-P腔腔长漂移和压电陶瓷非线性的影响,采用3根FBG作为参考光纤光栅,对波长-温度曲线进行二次拟合求解。试验结果表明,该解调系统分辨率达1.4pm,精度达1.2℃,具有广泛实用性。     

基于F-P标准具和Music算法的FBG动态应变传感系统

提出了基于可调光纤环形激光器结构,并采用F-P标准具解调的光纤布拉格光栅(FBG)动态应变传感系统,具有高达60 dB的光学信噪比.F-P标准具用来作为一个边缘滤波器探测FBG波长的漂移,这样的解调方式具有稳定性高的优点.为了提高动态应变测量系统的分辨率,采用了Music算法进行频谱分析.实验结果显示,在700Hz时的动态应变分辨率达到了0.1με/Hz~(1/2),是传统FFT算法的10倍.     

埋入CFRP的FBG光纤传感器界面传递特性实验研究

埋入碳纤维复合材料（CFRP）的光纤布拉格光栅（FBG）传感器应变测量值与基体实际应变存在误差,用光纤、保护层、粘贴层和基体材料的界面传递特性来表征应变测量值可提高精度．根据弹性力学和边界条件,得出FBG应变测量值与基体材料实际应变值的关系方程,通过裸光栅直埋基体材料界面传递的特征系数,可表征和计算FBG检测应变与测点实际应变的误差及修正系数．试验结果表明：对埋入裸光栅的碳纤维复合材料同时进行电阻应变与FBG—IS波长解调试验对比,试验测量FBG应变传感灵敏系数与理论值十分接近;对埋入CFRP的FBG裸光栅,由于不存在粘贴层界面传递的影响,其应变测量值可无需修正．     

基于倾斜光纤光栅的传感解调技术

该文设计了一种基于倾斜光纤光栅（tilted fiber Bragg grating,TFBG）的不受温度影响的光纤布拉格光栅（fiber Brag ggrating,FBG）应变解调系统．将倾斜光纤光栅用作边沿痣波器,当周围环境温度变化时,利用倾斜光纤光栅纤芯模与包层模的温度特性与普通光纤布拉格光栅相同这一特点,无需另加温度补偿,就可以实现FBG应变传感的动态解调,消除温度噪声对应变信号的影响．由实验可知,当温度在25℃到39℃范围变化时,解调系统的性能基本不发生改变,解调范围达到6nm．     

光纤Bragg光栅用于动态应变测试的研究进展

应变测量是光纤光栅的主要应用之一。概述了光纤Bragg光栅（FBG）在不同时期和领域用于动态应 变测试的研究进展;阐述了传感头、信号的解调方法和工程应用;评述了基于光纤Bragg光栅的动态应变测试方 法和解调技术;比较了各自的优缺点和目前所能达到的测试范围     

光纤Bragg光栅应变传感器在霍普金森压杆上的冲击试验研究

利用复合材料封装光纤Bragg光栅(FBG)设计制作了用于测量高速碰撞或爆炸与冲击作用下混凝土内部动态应变的FBG应变传感器。在霍普金森压杆上对FBG在封装前的裸光栅和封装后的FBG传感器分别进行了高速冲击试验,试验表明：设计的FBG传感器的瞬态响应上升时间小于20μs,具有良好的动态响应特性,可以用于工程中混凝土结构内高速冲击下的动态应变测试     

光纤光栅传感器用于飞行试验应变测量的可行性研究

为推进光纤光栅(FBG)传感器在飞行试验应变测量中的应用,对其进行地面验证试验,并分析传感器封装结构、测试粘接工艺对应变测量的影响。FBG在飞行试验应用中具有体积小、质量轻的优势,但光纤易受损,需用不锈钢基片将光纤封装后使用AB胶与被测基体粘接。该文通过FBG与电阻应变计对比实验,验证其应变测量可行性,结果表明,FBG传感器响应趋势与电阻应变计一致,但封装后的FBG在胶结层存在较大应变损失;进一步建立应变传递模型进行仿真分析,定量计算测量误差,提出在满足飞行试验工艺可行性的前提下,胶结层厚度应尽量小,弹性模量应尽量大,即可有效提升FBG应变测量精度。     

利用WDM光纤耦合器的光纤光栅传感解调技术

根据 WDM 光纤耦合器波长解调方案的工作原理、偏振特性以及影响系统波长分辨力的因素,提出一种改进的利用 WDM 光纤耦合器的光纤光栅传感解调技术。该技术在原技术的基础上,采用偏振控制器控制入射光偏振状态,提高了解调的精度和稳定性。对 WDM 光纤耦合器的多次波长扫描结果表明,采用偏振控制器后,其波长误差可减小到 5pm 左右。实验采用 1540/1560nm的 WDM 光纤耦合器对单点光纤光栅应变传感器进行静态解调,结果表明:按此技术开发的解调系统具有 0.01nm 波长分辨力和 10nm 的波长线性解调范围。     

胶粘剂对表贴式FBG传感器应变传递系数的影响

利用光纤光栅（FBG）传感器对基体表面应变进行测量,通常利用胶粘剂将光纤光栅传感器粘贴在基体表面,使其与基体协调变形。但胶粘剂在不同表面的粘接性能不同,对应变测量所造成的影响也就存在差异。针对这一问题,本文通过实验,简化应变传递模型,对比FBG传感器粘贴在等强度梁以及标准树脂试件的应变测量结果。结果表明:胶粘剂在基体表面的剪切强度越大,表面粘贴式FBG传感器的应变传递系数也越大。      

基于光纤Bragg光栅传感的轴向柱塞泵非介入式振动测量方法

振动信号是机械设备故障诊断的重要信息来源。为克服传统检测方法需对系统进行拆卸的问题,创新性地利用光纤光栅传感方法对液压泵进行非介入式振动测量,充分发挥光纤传感的抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、稳定性好、测量敏感度高等优点。对光纤光栅振动传感原作了分析,设计、仿真分析了双等强度悬臂梁式光纤Bragg光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)振动传感器,在此基础上利用光纤光栅解调系统和振动试验台对传感器的性能进行实验验证,得到该传感器灵敏度为0.024 nm/(m·s~(-2)),固有频率为185 Hz,并且线性度较好;对轴向柱塞泵模态分析,优化布置传感采样点,实际测量泵的振动信号。研究结果可为液压泵非介入式状态监测和故障诊断提供可靠数据支持。     

基于光纤光栅的光纤电流传感

将光纤光栅(FBG)封装入以超磁致伸缩材料(GMM)与永磁体构成的传感基座内形成系统核心传感部件,并将其放置于电流形成的磁场中,构成电流传感器。利用光纤迈克尔逊干涉仪(MI)对FBG波长的变化进行解调,从而获得被测交流电流信号。实验结果表明,检测幅值100 A~2000 A的交变电流时,该传感器对交变电流具有良好的线性响应。     

应变、温度、位移测量光纤光栅传感器的研究

本文介绍了集成式Bragg光纤光栅(FBGI)传感器的结构及其应用该传感器测量应变、温度、位移的基本原理.利用FBGI和相干性干涉信号解调方法实现了用一个传感器同时测量三个参量.实验结果表明温度精度达±1℃,应变精度为±30u ε,位移分辨率达1nm,测量重复性好.     

变压器绕组热点温度监测技术的研究

设计基于光纤布拉格光栅(FBG)的温度监测系统,实现对变压器绕组热点温度的实时监测.介绍光纤光栅的测温原理,并利用Ansys中的Maxwell和Fluent模块对变压器的电磁场-流体场-温度场进行仿真,得到热点的具体信息,以便在实际测量时,合理放置光纤光栅传感器的位置.使用FBGA解调模块对检测到的光信号进行处理,完成...     

光纤Bragg光栅用于高频应变测试的研究

提出了一种传感部分采用光纤Bragg光栅(Fiber Bragg grating,FBG)传感器的高频应变测试新方法.设计并构建了基于非平衡马赫-曾德(Mach-Zehnder)干涉仪的高频解调系统.完整的测试系统由FBG传感器、高频应变产生装置和解调系统三部分组成.所产生的应变信号的频率可以通过专门的实验装置来控制,这是一种广泛用于测试材料机械性能的变形分离式霍布金逊压杆(Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB)实验装置,应变持续的时间根据与撞击弹性等径的冲锤长度计算.借助高频振动信号研究了测试系统可测信号的频率范围.给出了振动和冲击实验结果,并进行了讨论.所设计的系统可以实时测试动态应变的幅值,实验结果表明,该系统对频率为8kHz以下的信号具有好的响应.     

内埋光纤光栅的复合材料层压板拉伸应变研究

利用内埋在复合材料层间的光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器监测复合材料层压板在拉伸过程中的应变变化,并与复合材料层压板试样表面粘贴的应变片测得数据进行对比,同时研究了光纤光栅的埋植位置对复合材料力学性能的影响。探索了FBG传感器在复合材料应变监测中的有效性和可靠性。结果表明:内埋于复合材料层间的FBG传感器可以有效反映复合材料层压板在受到拉伸载荷过程中的应变变化,对比FBG传感器与应变片测得的实验结果,二者所测得的应变变化趋势吻合良好,而且埋植光纤光栅对复合材料层压板的拉伸强度影响较小。     

基于FPGA的FBG光纤光栅解调系统

研究并实现了一种基于FPGA(现场可编程门阵列)的FBG(光纤布拉格光栅)光纤光栅传感系统,运用FPGA以及上位机软件完成了G11620-512DA InGaAs(铟砷化镓)线阵探测器驱动、探测器数据采集转化、高斯拟合处理、数据网口传输,实现了FBG光纤光栅解调.实验结果表明,该系统在FPGA的控制下能够正常工作,其输出数据符合FBG反射光谱理论分析.     

参考光栅法分离FBG温度和应变测量的误差分析

依据光纤光栅布拉格方程,从理论上分析了光纤光栅应变和温度双参量同时测量时引起交叉敏感的物理机理;在利用参考光栅法分离温度和应变双参量时,对忽略FBG由于温度和应变的非线性以及交叉敏感引起的误差进行了分析计算,估计了忽略这些因素可能带来的误差.     

光纤Bragg光栅传感检测组合结构的断裂损伤

采用光纤Bragg光栅(FBG)传感器对钢-混凝土组合桥面板模型由加载产生的滑移、掀起(脱空)和裂缝三类损伤进行检测。试验经历了静载、300万次循环疲劳加载和破坏三个阶段。结果表明在静载和疲劳试验阶段未出现滑移、掀起和纵向裂缝,传感器测得FBG布控处的混凝土应变值。破坏阶段中,组合结构相继出现裂缝、滑移和掀起损坏,利用FBG传感器测到发生此三种损坏的临界应变值并追踪其发展。结果表明:光纤Bragg光栅(FBG)传感器能够检测组合结构的断裂损伤,并追踪其发生发展的全过程。该技术对组合结构的健康检测和优化设计是很有用的。     

表面粘贴式光纤布拉格光栅应变传递规律分析与实验研究

粘贴于结构物表面测量应变,是光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)的一种重要应用形式。在前人研究基础上,研究去除涂覆层的FBG的应变传递规律,并通过实验验证了理论分析结果。通过理论分析建立了纤芯层-粘结层-基体层的3层应变传递模型,运用仿真分析研究了粘结层剪切模量、光纤与基体之间的胶层厚度、光纤粘贴长度和宽度以及光纤上部胶层厚度对平均应变传递率的影响,分析了影响应变传递的主要因素,提出了增大应变传递率的方法,为表面粘贴式裸光纤光栅的应用提供了重要参考。实验中选用LOCTITE 401胶粘剂将裸光纤光栅粘贴于等强度梁上,通过应变测量实验验证了模型的准确性和有效性,实验中去除涂覆层的裸光纤光栅的平均应变传递率高达96%以上,与理论模型计算值相比误差在1%左右,很好地证明了裸光纤光栅用于应变测量的准确性和可行性。     

基于长信号谱自相关的光纤光栅传感解调方法

针对光纤光栅传感领域波长高精度探测和传感复用光栅数量增多的需要,提出一种基于长信号相关谱的新型光纤光栅数字解调技术.该技术在可调谐滤波法的基础上,通过传感光栅与调制光栅反射谱卷积后的信号,即光电探测器的光强时间信号,进行自相关分析以实现对波长漂移的测量以及对传感光栅反射谱形状的识别,增强系统的复用能力,提高了性价比.模拟仿真表明,光纤光栅长信号相关数字解调方法可以准确测量光纤光栅波长的漂移,能更好实现传感复用.等强度悬臂梁实验验证该解调方法能实现光栅应变的高精度测量,优于传统的应变片测试.