Highly sensitive twist sensor based on tilted fiber Bragg grating of polarization-dependent properties

The transmission intensity of the tilted fiber Bragg grating (TFBG) is strongly dependent on the polarization properties of the TFBG. The polarization characteristic of the cladding modes can be used for twist measuring. In this paper, a highly sensitive fiber twist sensor is proposed. The transmission intensity on the strong loss wavelength showed a quasi-sin θ changing with the twist angle ranging from 0° to 180° for S- or P-polarized input. A high sensitivity of 0.299 dB/° is achieved, which is almost 17.9 times higher than that of the current similar existing twist sensor. The twist angle can be measured precisely with the matrix.     

基于倾斜光纤Bragg光栅的横向压力传感器研究

设计了一种基于4°倾斜光纤Bragg光栅(TFBG)和弹 性 材料的横向压力传感器。利用TFBG光谱对周围介质折射率响应的特性,实现了 对较低压力范围(0~7N)的线性测量。采 用快速傅里叶变换(FFT)方法对光谱进行解调,测量灵敏度可达1920 a.u./(N/mm),线性拟 合度为0.998。研究了不同弹性材料对测量灵敏度的影响,实现对测 量范围和测量灵 敏度的调谐。本文传感器工作在反射光谱方式,易于集成(光栅区长度仅5mm),可以植入弹 性材料内部用于协调接触压力的测量。     

基于光纤光栅的温度不敏感的倾斜传感器

提出了一种新型光纤Bragg光栅(FBG)的倾斜传感器,其结构由通过4根等长的刻有光栅的光纤悬挂在圆盘上的重物组成,4根光纤与圆盘的粘接点均匀分布在圆盘边缘,每根光纤的另一端共同下拉一重物,使每根FBG的受力均匀.当整个平台倾斜时,每根FBG的受力发生变化,从而导致每根FBG的反射(透射)中心波长发生变化,并通过光谱仪...     

新型光纤Bragg光栅振动传感系统

分析并实验研究了一种基于机械感生长周期光纤光栅(MLPFG)解调的新型光纤Bragg光栅(FBG)振动传感系统。利用机械线加工技术(MLPT)为制作周期为600μm、长为60mm的不锈钢槽板,采用机械感生法写制了中心波长1539.820nm、谐振线性边带大于6nm的MLPFG作为滤波器。选用中心波长为1542.400nm、3dB带宽为0.3nm的FBG设计振动传感器,通过附加电磁阻尼提高了稳定性,扩大了无失真频率测量范围。实验表明,该振动传感系统具有良好的动态响应特性,响应频谱与激振信号完全吻合,频率测量范围为10～3×103kHz,并具有良好的冲击振动响应。     

Review of fiber Bragg grating sensor technology

The current status of the fiber Bragg grating (FBG) sensor technology was reviewed. Owing to their salient advantages, including immunity to electromagnetic interference, lightweight, compact size, high sensitivity,large operation bandwidth, and ideal multiplexing capability, FBG sensors have attracted considerable interest in the past three decades. Among these sensing physical quantities, temperature and strain are the most widely investigated ones. In this paper, the sensing principle of FBG sensors was briefly introduced first. Then, we reviewed the status of research and applications of FBG sensors. As very important for industrial applications,multiplexing and networking of FBG sensors had been introduced briefly. Moreover, as a key technology, the wavelength interrogation methods were also reviewed carefully. Finally, we analyzed the problems encountered in engineering applications and gave a general review on the development of interrogation methods of FBG sensor.     

一种基于光纤布拉格光栅的金属腐蚀传感器

基于钢筋混凝土中钢筋锈蚀膨胀和光纤布拉格光 栅(FBG)应变测量原理,设计了一种新型的FBG金属腐蚀传感器。传感器由FBG腐蚀测量传 感器、FBG温度补偿传感器和带有通槽、凹槽、 通孔的钢筋件组成。FBG腐蚀测量传感器用于测量钢筋锈蚀引起的应变,FBG温度补偿传感器 用于消除温 度交叉敏感特性。钢筋件的通槽用环氧树脂填充后,把腐蚀测量传感器的FBG紧密缠绕在钢 筋件的表面, 并固定在环氧树脂固定点上。温度补偿传感器的FBG经过增敏处理后布置在通孔中。推导了 钢筋锈蚀率与FBG波长的理论计算公式;制作了用水泥砂浆封装的FBG金属 腐蚀传感器;最后在制作的混凝土试件上进行加速腐蚀实验,考核传感器的性能。实验结果 表明,设计的FBG 金属腐蚀传感器能够直接测量钢筋的锈蚀程度,并且具有较大的量程,可实现钢筋 混凝土结构中钢筋的 轻微锈蚀和较严重锈蚀情况监测,适用于建筑、桥梁和隧道等领域钢筋混凝土结构中钢 筋锈蚀的结构健康监测。     

基于光纤Bragg光栅的生物膜厚度及温度传感器

提出一种基于单端腐蚀结构的光纤Bragg光栅(FBG),用于膜反应器内生物膜厚度和温度的同时测量.给出单端腐蚀FBG对外部介质折射率(SRI)与温度同时测量的理论模型,制作腐蚀区直径约为7.1～7.4μm的单端腐蚀FBG传感器.实验结果表明,传感器在SRI为1.333～1.355内具有较好的线性度,折射率灵敏度为6.8...     

基于光纤光栅的沥青路面状态的实时监测

为了给沥青路面结构响应监测找到科学有效的测 试手段,本文进行了沥青路面响应光纤Bragg光栅(FBG)实时监测 的研究。应用单轴压缩试验对采用的FBG传感器进行标定,得到了标定方程。基于提 出的沥青路面 FBG传感器埋设方法,在沥青路面成功埋设了FBG传感器。将静载监测结果与BISAR 3.0程序 计算结果进 行了比较。对不同轴重、不同汽车行驶速度及不同温度条件下的沥青路面结构动力响应进行 了实时监测。结果 表明,提出的沥青路面FBG传感器埋设方案可使传感器的成活率达到87%;静载实测结果与 计算结果较为接近,FBG监测结果有效且能准确反映沥青路面各工况下的应变时程;当车速 降低8km/h时,路面应变响应降低达100με以上;而路面温度增 长8℃,路面的竖向变形增长了近200με。     

一种双包层半径光纤布拉格光栅传感器

光纤布拉格光栅已经成为非常有前景的温度、应力及其它参数测量的传感元件,但其存在温度和应力的交叉敏感问题.提出了一种双包层半径光纤布拉格光栅传感器,将一个布拉格光纤光栅分成两半,各自具有不同的包层半径,其中一半保持不变,另一半包层半径从62.5m减小到40m.实验结果表明,两半光纤布拉格光栅的温度灵敏度均为10.4 pm/℃,而应力灵敏度分别为1.12 pm/ue 和3.89 pm/ue.初始的单个布拉格反射峰分裂成两个,分别对温度和应力敏感,而两个反射峰之间的波长差只受应力的影响,随着应力的增加其波长差逐渐增加.因此,通过这一个光纤布拉格光栅即可分辨出温度和应力所引起的布拉格波长漂移.该光纤光栅传感器结构简单、体积小巧、成本低廉、制作方便,可以广泛应用在各个领域实现温度和应力的同时测量.     

浮子式光纤Bragg光栅密度传感器

针对传统浮子式玻璃密度计测量人为因素影响的缺点,实现了易燃易爆液体密度的本安测量。浮子式光纤Bragg光栅液体密度传感器全部浸没在被测液体中,液体密度导致浮子受浮力作用,等强度悬臂梁发生挠度变化,粘贴在悬臂梁上的光纤Bragg光栅的Bragg波长发生移位,通过与传感器连接的光谱分析仪,得到Bragg中心波长移位量,算出被测液体的密度。通过试验,Bragg波长的移位-密度量为传感器的灵敏度,为1.2pm/kg/m^3,分辨率为0.83kg/m^3/pm。测量范围：0.000kg/m^3至2.459×10^3kg/m^3。     

啁啾光纤布拉格光栅电流传感器

为了测量通电螺线管中的电流,设计了一种基于 光纤布拉格光栅(FBG)啁啾效应的电流传感器。磁场 中的圆盘形软铁受到通电螺旋管线圈磁场力的作用,引起矩形悬臂梁变形,从而导致粘贴在 悬臂梁侧边的 FBG的反射光谱带宽发生变化,其大小与电流强度成平方关系。利用光谱分析仪(OSA) ,通过检测FBG反射谱带宽的变化量,可以得到被测电流强度的大小。当OSA的分辨率为0.02nm时, 测量范围达到了27.1~1000mA。实验结果表明 ,FBG反射光谱带宽的变化量对温度变化不敏感, 当温度从－15℃变化到45℃时,3dB带宽的 最大变化约为5pm。实验结果和理论分析一致,表明本文该方案切实可行。     

基于光纤Bragg光栅的地震检波器的理论与实验研究

提出了一种新型的基于光纤Bragg光栅(FBG)的地震检波器。FBG地震检波器传感头由平面弹簧片、质量块和FBG构成。给出了该检波器的力学模型,理论推导与分析了该检波器的幅频特性和加速度灵敏特性,并讨论了影响该检波器灵敏度的主要因素。实验结果表明,该检波器具有良好的线性度、稳定性和耐受性;检波器的频率响应范围为10～140 Hz,传感器灵敏度为25.9pm/g,共振频率为167 Hz,较符合理论值;最高可检测加速度值大于30g。     

基于倾斜光纤光栅的相对湿度传感器

提出了一种基于倾斜光纤光栅(TFBG)的包层上覆盖着聚乙烯醇(PVA)的空气相对湿度传感器,成功实现了对相对湿度在20～98%RH范围内的监测。研究发现,TFBG的透射功率在20～74%RH和74～98%RH2个相对湿度区域内分别呈现不同的线性变化,敏感度分别为2.52 dBm/%RH和14.95 dBm/%RH,并且在高湿度区有更高的敏感性。     

光纤布拉格光栅的折射率传感研究

采用光纤布拉格光栅制备折射率传感器,研究光纤光栅的折射率传感灵敏度与其包层直径之间的关系。理论分析可得,光栅包层直径越小,Bragg波长的偏移量随环境折射率变化的影响越大,这样就能使实验中光栅所反射的LD光功率变化(传感灵敏度)越明显。利用氢氟酸溶液腐蚀光栅包层的方法,得到不同包层直径的光纤Bragg光栅折射率传感器。实验指出,包层直径减小时,光栅可传感的折射率范围会缩小,而其折射率的传感灵敏度却会增大,如包层直径为8.9 μm时,折射率的检测范围为1.3872~1.4730,其最大灵敏度值达到了224.0320 dBm/RIU。     

基于楔形腔结构的光纤光栅位移传感器

提出一 种基于楔形腔结构的光纤光栅(FBG)位移传感器设计方法,制作了具有结构简单、体积小、 测量精度可调节和抗 电磁干扰等优点的FBG位移传感器。通过对制作的FBG位移传感器进行标定实验,得出传感 器的灵 敏度系数为13.77pm/mm,相关系数达到了0.99,线性度良好。在钢筋混凝土柱双向偏心 受压试验中,与电类位移计的测量结果对比表明,本文制作的FBG位移传感器测量结果准 确,实用性强,适用于工程结构长期的位移监测。     

一种对温度不敏感的光纤布拉格光栅加速度计

提出了一种新型的基于光纤布拉格光栅(FBG)反射带宽和反射光功率测量的加速度计,其是将单根FBG斜向粘贴在矩形简支梁侧面构成的,通过在简支梁中间粘贴重物感应竖直方向的加速度,通过梁的弯曲改变FBG反射带宽和反射光功率。实验结果表明:FBG的反射带宽具有很好的线性响应,其测量范围可达到8g,因带宽展宽造成FBG的反射率降低,因此反射光功率的线性响应范围只有4g;带宽和功率灵敏度分别为0.4nm/g和4.57μW/g;由于温度仅改变FBG的布拉格波长,而对其反射带宽和光功率几乎没有影响,所以加速度计对温度变化不敏感。     

光纤光栅传感技术在隧道火灾监控中的应用

分析了国内现有的隧道火灾监控系统现状,介绍了光纤光栅传感技术的原理,阐述了这一新技术在工程应用中的优点,并提出了基于光纤光栅感温探测器的隧道火灾报警监测系统,并结合工程实例介绍了该系统在隧道火灾监控中的应用。     

一种新颖的光纤光栅电流传感器

提出并验证了一种光纤光栅电流传感装置,该装置利用洛氏线圈把大电流转换为低电压,借助压电陶瓷的电致伸缩效应把低电压转换为光纤光栅布拉格波长的漂移,最后通过干涉解调技术把波长漂移信号转化为相移信号,由相移值确定待测电流的变化量.实验证明在0～400 A的范围内,电流传感灵敏度为0.0473 rad/A,与理论值0.0589 rad/A基本吻合.     

基于膜片的光纤布拉格光栅压力传感器的研究

理论分析了光纤布拉格光栅的压力传感特性,给出了光纤布拉格光栅的中心波长与压力的关系以及压力灵敏度系数的表达式,并将光纤布拉格光栅纵向粘贴在自行设计型号为ZXYC01的平面膜片上进行了压力实验.实验结果表明光纤布拉格光栅压力灵敏度系数46 pm/MPa左右,其测量精度为0.5%F.S,而理论的压力灵敏度系数为51 pm/MPa左右,实验值和理论值基本相符,它们分别是裸光纤布拉格光栅压力灵敏度系数的23和26倍.同时发现光纤布拉格光栅的中心波长与压力变化有着良好的线性关系和很高的相关系数并且迟滞现象较小.     

基于啁啾光纤布拉格光栅的流速传感器

设计了一种基于啁啾光纤布拉格光栅(CFBG)的新型 流速传感器,包括CFBG压强传 感机构和文丘里管。压强传感机构中,密闭铝箔管横截面两边的压力差导致矩形悬臂梁变 形,从而引起粘贴在悬臂梁侧边的CFBG的反射光谱带宽发生变化。通过 检测其带宽,得到被测流体的速度。实验表明,CFBG反射光谱带宽对温度不敏 感,流速传感器的动态测量范围为8~100mm/s,设计方案是切实可行 的。