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。     

光纤光栅传感器技术及其应用

概述光纤光栅传感器的基本原理及实际应用,介绍了光纤光栅传感器在地球动力学、航天器及船舶航运、民用工程结构、电力工业、医学、和化学传感中的应用.     

基于调谐滤波检测的光纤光栅压力传感器􀀁

本文将波登管的压力增敏作用与光纤光栅悬臂梁调谐技术相结合,采用光纤光栅调谐滤波检测方法,设计了一种高灵敏度光纤光栅压力传感器,在０－１２ＭＰａ的压力变化范围内,光纤布拉格光栅中中心波长的改变与压力成良好的线性关系。获得了压力灵敏系数为－１．７９＊１０＾－４／ＭＰａ,比裸光栅提高了两个数 ;借助高灵敏度的光纤光栅可调谐波波器,压力测量的分辨力可达０．０１５ＭＰａ。     

光纤光栅压力传感器增敏技术发展评述

光纤光栅是利用光纤的光敏特性制成的新型光无源器件,在传感方面具有许多独特的优点.但光纤光栅本身压力灵敏度非常低,要想在实际测量中发挥作用,必须对其进行压力增敏.介绍了目前比较流行的几种压力增敏方式,分析了它们的优缺点和用途,并对光纤光栅压力传感器的发展做出展望.     

新型光纤Bragg光栅微型压力传感器

介绍了一种新型的光纤Bragg光栅微型压力传感器,这种压力传感器采用特殊的结构将作用在光纤横向的压力转换成沿光纤轴向的张力,从而实现对光纤横向压力的高灵敏度测量,传感器对横向压力的灵敏度可达到-4.55×10-3/MPa,比国外同类研究成果高出3个数量级。同时,该微型压力传感器的横向尺寸可做到几百个微米,因此,可以置于很小的空间中对压力进行测量,在工业和军事领域具有广泛的应用前景。     

一种光纤光栅支承压力传感器的设计及性能测试

针对现有的支承压力监测方法存在的测试精度低、抗干扰性能差、易受水侵蚀影响等问题,以光纤光栅传感原理为基础,设计并实现了一种基于圆柱结构的支承压力传感器。该传感器消除了径向应力的影响,仅感受支承压力的变化;以光为传输介质,不受矿井水和瓦斯的影响。相关的力学标定实验结果表明,该传感器输出与应力具有良好的线性关系,应力灵敏度系数约为20～30pm/N,测试精度较高。相似模拟实验结果表明,受开采影响,工作面前方一点支承压力呈现逐渐增加并最终趋于稳定的变化趋势,与实际变化规律相一致,验证了该传感器用于支承压力监测的可行性。     

海洋双光纤光栅压力传感器的温度响应特性

为满足海洋温深剖面连续拖曳测量的要求,测量海水深度的光纤布拉格光栅(FBG)压力传感器是利用FBG温补传感器来解决交叉敏感问题。由于二者对温度响应时间不一致,导致在中尺度旋涡、锋面等温度骤变海域测试海水压力时有所偏差。针对这一现象,设计出了一种新型的双光纤光栅压力传感器,通过在压力传感器的中心和边缘各封装温补和压力光纤光栅(边缘光栅不接触弹性膜片,仅受温度影响),使其对温度响应特性接近一致。实验测试结果表明:传感器的温补和压力光纤光栅对温度响应时间分别是1. 45 s和1. 52 s,响应一致性好。通过海试验证,FBG压力传感器与参考压力传感器ALEC—TD的相关系数高达0. 990 6,基本消除温度响应不一致导致的测量误差,能够达到准确测量压力的目的。     

基于长周期光栅滤波的全光纤光纤光栅传感器研究

设计了一种全光纤传感测试系统,采用长周期光纤光栅作为边带滤波器,对光纤布拉格光栅的传感信息进行解调,结合高信噪比的光电测量系统,传感测量的波长检测灵敏度为１．９４ｄＢ／ｎｍ,波长测量分辨率可达０．０５ｎｍ。     

基于长周期光纤光栅的压力传感器计算机仿真研究

当前,传统的几种压力传感器存在机械结构复杂,不便于转换成电参数等缺点,设计仿真研制了一种基于悬臂梁差动结构的新型长周期光纤光栅压力传感器;该传感器测量精度高,结构简单,便于加工;其独特的差动结构克服了温度变化对测量的影响,在温度变化后不用再次标定;完成了差动结构方案的结构与工艺设计,对其机械工艺等方面进行了改进,为下一步的工艺标准化工作打下了基础;经过反复测试,在O一6MPa的测量范围内,温度变化25℃时,在不用重新标定的条件下,其测量精度仍保持在1%之内;实验结果表明,该传感器在将压力信号转换成电信号方面,比传统的几种压力传感器在线性度等方面具备很大优势.     

光纤光栅传感器稳定性试验研究

分析了影响光纤光栅传感器稳定性工作的几个因素,提出了基于热—力耦合作用加速检验光纤光栅传感器稳定性的新方法,设计了一套试验装置,提出2种试验方案,并进行了试验研究,结果表明:该结构的光纤光栅传感器具有较好的稳定性。     

FBG应变传感器标定过程中的不确定度研究

为实现光纤Bragg光栅(FBG)应变传感器静态的性能测试和试验分析,设计了一种量程为700×10-6的FBG应变传感器标定装置对其进行校准实验.通过运用最小二乘法对解调仪中的中心波长和计算得出的应变量进行拟合,得到FBG应变传感器的静态标定系数,并分析标定装置的不确定度大小.结果表明:该FBG应变传感器标定装置合成不确定度是2.55×10-6,标定得出的FBG应变传感器的灵敏度1.37 ×10-3nm/10-6,线性度为99.72％,满足FBG应变传感器的标定要求,该传感器能够运用于工程实际中.     

一种大量程压力传感器的结构优化设计与仿真分析

设计了一种大量程硅压阻式压力传感器,通过理论模型分析优化传感器结构尺寸,保证薄膜的线性变化和抗过载能力;并通过有限元建模分析可动薄膜位移及应力随压力变化关系,对结构进行优化设计;同时用有限元仿真验证理论分析的正确性.通过理论与仿真优化分析,提出了采用C型膜片一体化硅压阻式压力传感器结构,可动薄膜选用方膜边长为1000μm,厚度为50μm,实现0~2 MPa的压力测量.     

压力传感器测试系统的动态校准及特性分析

针对利用传感器静态灵敏度对动态信号进行测试时而引入的测量误差,使用激波管对压力传感器进行动态标定,对校准结果进行分析得到传感器的动态特性,并计算出其动态灵敏度。利用校准数据对传感器模型的阶数进行判别,为以后对测试结果进行修正和补偿提供理论依据;最后对动态校准过程中误差的来源进行分析并给出传感器动态灵敏度的不确定度。     

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/℃.     

基于BP网络的厚膜压力传感器非线性校正

简述了厚膜压力传感器结构原理和力学模型、传统非线性校正方法,以及用神经网络进行非线性校正的原理,探讨用BP神经网络实现厚膜压力传感器的非线性校正,并通过MATLAB神经网络工具箱进行仿真。研究结果表明:采用该方法对弹性体应变量与压力关系的非线性校正可以将标准误差减小2个数量级,简单而有效地实现传感器非线性校正。     

FBG可变灵敏度压力传感器设计

为了实现对压力的多灵敏度状态下监测,设计了一种利用光纤Bragg光栅（ FBG）的可变灵敏度压力传感探头。将裸光栅固定在薄膜片中心与下部外壳之间,传感器探头表面的压力通过薄膜片传递给裸光栅,并可通过灵敏度变换阀改变膜片大小从而改变传感器的灵敏度。对薄膜片进行有限元仿真优化计算,得到其变形特性。薄膜片厚1 mm,工作半径分别调节为10,9,8 cm状态下,最大变形出现在膜片中心区域,在0.1 MPa的表面压力作用下,膜片中心处变形分别为3.875,2.561,1.579 mm,裸光栅固定后,对应的灵敏度分别为：38.44,25.62,15.79 mm/ MPa,实现灵敏度变换。     

基于双处理器架构的地层压力测控系统设计

针对地层压力随钻测量困难、耗时等问题,以及工具下入困难、工具遇卡等潜在风险,提出了一种基于双处理器的随钻地层压力测量控制系统。在随钻过程中通过压力传感器测量井下压力,由主处理器TMS320F2812对地层压力值进行采集与处理;从处理器ATMEGA8对电磁阀进行智能控制,实现分流器、换向器与执行机构的协调配合,从而获得实时地层压力数据。实验结果表明：该系统实现了在井下高温、高压和强干扰的恶劣环境下对压力信号进行采集、分析、传输和存储,系统设计合理并具有较好的抗干扰性与实用性。     

FBG无线测温系统在干式空心电抗器监测中的应用

利用光纤Bragg光栅（ FBG）温度传感器设计出一种无线测温系统。经过现场实验得到了电抗器测量包封层6h温度变化曲线。结果表明：该系统能够全方位地反映内部温度分布情况,判断温度变化趋势和确定异常温度点的具体位置,为及时发现故障和保证电抗器稳定可靠运行提供了重要参考。     

基于精密星敏感器的航天器高精度姿态测量标定方法

为了解决传统航天器姿态测量方法中存在的误差率高的问题,提出基于精密星敏感器的航天器高精度姿态测量标定方法。首先对使用的精密星敏感器进行设计,并将在不影响航天器运行的前提下安装在合适的位置上。通过建立运动坐标系、坐标参数转换和设置姿态参数三个步骤得出航天器运动模型,在该模型下分析出航天器姿态的基本运动规律、利用精密星敏感器识别并选取航天器空间下的任意三个星点,最后综合定位的星点和航天器姿态的运动规律,从不同的角度上确定航天器姿态测量结果,为了提高航天器姿态测量结果的精度进行标定处理。通过模拟实验分析得出结论：与传统测量方法相比,基于精密星敏感器的航天器高精度姿态测量标定方法的平均误差率降低了6.0%。     

绝缘子保护的FBG温度传感器研究

电力系统的输变电设备长期暴露在自然条件下,电气设备绝缘表面容易劣化,导致输电线路的故障。研制了具有绝缘子保护的光纤Bragg光栅(FBG)温度传感器用于检测电气设备常见发热部分,光纤外表面包覆单片或者多片硅橡胶材料的光纤绝缘子,整个传感器采用室温硫化硅橡胶材料一体成型结构加工而成。绝缘子保护光纤,使得传感器可以实现电气设备高电压下的检测,传感器测温时,测点温度变化会引起FBG反射波长的改变。对具有绝缘子保护的FBG温度传感器进行性能测试,实验采用恒温槽加热并用国家二级精度的水银温度计作为测量标准,对传感器进行20次从20～90℃的升温试验,温度每升高10℃记录一次波长。试验结果表明:传感器的灵敏度系数为10.2 pm/℃,线性度为0.70%FS。