降低迟滞误差的光纤光栅传感器的研究

主要针对传感器的迟滞问题,研制了一种适合做光纤光栅传感器基底材料的恒弹性铌基合金,该合金的弹性后效、弹性滞后作用很低.设计一种新的传感器结构,分别用弹簧钢和新研制的恒弹性铌基合金作基底材料,通过压力实验比较两个传感器的压力迟滞误差.实验结果表明,在0～50 MPa的压力检测范围内,弹簧钢制成的传感器在加压、减压过程中产生了较大迟滞误差,迟滞误差为0.54%;利用新合金制成的传感器迟滞误差非常小,仅为0.099%,在0～50 MPa的范围内实现线性传感.传感器具有温度补偿的功能,能够同时对温度和压力进行测量,很好地解决温度交叉敏感问题,可应用于油气井、大型储油罐等的温度和压力测量.     

卫星环境温度监测的光纤光栅传感器研究

针对航天行业太空环境下对卫星内部温度监测的需求,研制了一种直接测量卫星内部温度的光纤光栅温度传感器。通过对传感器的结构进行了优化设计,选择一种新型的封装工艺,解决了温度、应变交叉敏感问题。选取相同封装条件的3个光纤光栅温度传感器进行温度标定。结果表明,在0～60 ℃范围内,光纤光栅温度传感器灵敏度分别为9.26 pm/ ℃、9.60 pm/ ℃、9.47 pm/ ℃,精度为1 pm,温度分辨率达到了0.1 ℃,线性度均达到0.998以上,具有良好的重复性与一致性,可应用于卫星内部温度的实时监测。     

管式光纤光栅高温传感器封装及温度特性

光纤光栅在高温环境下因丧失涂覆层保护而易断,制作了一种金属管式耐高温光纤光栅温度传感器。使用不锈钢管对飞秒激光刻写的纯石英光纤光栅进行保护封装,在100~450 ℃温度范围内,对其温度特性进行实验研究,实验结果表明:该传感器的灵敏度系数为12.7 pm/ ℃,线性相关系数高达0.995,具有很好的重复性。该封装方法简单快捷,封装的传感器稳定性好,机械强度高,可用于工程中的高温测量。     

光纤光栅高温传感器的研究

提出了一种能够测量高温的光纤布拉格光栅（FBG）传感器结构。利用线膨胀系数和长度均不同的两种金属细杆和光纤布拉格光栅设计而成的传感头，能够将被测温度转化为光栅的应变，解调由应变引起的光栅波长漂移，即可得知待测的温度。目前在实验室实现了500℃的动态范围和1℃的温度分辨率，实验结果与理论分析一致。     

光纤光栅传感器及其应用

回顾了光纤光栅传感器领域的发展和最新研究动态,概述了光纤光栅传感器的实际应用,尤其是民用工程建筑上的应用。     

长周期光栅——新兴的光纤光栅传感器

近两、三年来，一类新兴的光纤光栅传感器－长周期光栅型传感器从众多的光栅传感器中脱颖而出。文章重点介绍了ＬＰＧｓ的传感原理、应用及目前发展状况。     

光纤光栅温度传感器的重复性实验研究

为了研究相同封装条件下光纤光栅温度传感器的重复性,根据光纤光栅温度传感模型,从理论上研究了反射波长与温度的关系,通过对相同封装的6个器件进行多次升温降温循环实验,在试验的基础上得出了反射波长漂移量与温度的关系。对理论与试验结果对比分析,得到了满意的结果:布拉格反射光中心波长变化与温度变化有良好的线性关系,光纤光栅传感器有良好的重复性与一致性。     

一种新颖的光纤光栅应变与温度双参量传感器

提出了一种光纤微弯协助型光纤光栅(FBG)应变、温度双参量传感的新方案。通过特殊的传感器结构,FBG反射光的中心波长和光强受到应变与温度的调制,根据调制系数的不同,实现了应变与温度的同时测量。实验表明,本传感器有效解决了温度与应变的交叉敏感问题,而且线性响应度高(0．995),结构简单。     

一种高灵敏度光纤Bragg光栅温度传感器

设计了一种基于光纤Bragg光栅(FBG)的高灵敏度温度传感器,分析了它的温度传感特性。该温度传感器的灵敏度为0．474nm／℃,是裸光栅的45．9倍;线性度为0．9988;通过调节有关参数可进一步提高或选择合适的灵敏度;通过改变参数可以调节该传感的传感区段,可用于常温下的温度测量。     

新颖的光纤光栅温度压力同时区分测量传感器

提出了一种基于圆柱形容器和活塞结合的双光纤Bragg光栅(FBG)温度和压力同时区分测量的传感模型.将FBG 1和FBG 2粘结在基底材料上,基底材料固定在活塞和圆柱形底部间,圆柱形容器内压力和温度的变化将引起FBG 1波长的变化,圆柱形容器内温度的变化引起FBG 2波长的变化,通过2根光栅的波长漂移来进行温度和压力的区分测量.实验测得该传感器的压力响应灵敏度系数为0.822 3 nm/MPa,温度响应灵敏度系数为0.032 2 nm/℃,分别是裸FBG的274倍和3.2倍.该传感器可以实现10 MPa压力以下、-20～100 ℃温度的液体和气体的高精度同时测量;可以改变基底材料的种类或基底材料和活塞的参数,实现不同灵敏度要求的温度、压力同时测量.     

用于卫星次镜座结构的光纤光栅温度传感器设计

针对太空环境下在轨卫星内部次镜座结构的特殊性,为监测其温度状态,设计了一种金属基底的光纤光栅温度传感器来贴合次镜座使用。通过变换固定点距离,结合光纤温度传感原理以及弯曲栅区的应变状态,设计了结构小、质量轻且可同时多位置测量温度的基底结构。实验测试结果表明,该结构温度传感器中三个波段的线性度均达到了0.999,灵敏度分别为10.78,10.81和10.36pm/℃,同一温度下的中心波长波动在±3pm内,受外界应力影响较小,有良好的重复性。     

分布式光纤光栅实现应变和温度的同时测量

提出了一种新的能实现对应变和温度同时测量的分布式光纤光栅(FBGs)传感器。该方案利用光纤与其端面连接介质的费涅尔(Fresne1)反射来测温度，以解决温度和应变测量时的交差敏感问题；利用频分复用技术来实现多个FBGs传感器的复用技术。该技术方案能用一系列相同的FBGs来实现多点应变的测量，有实现简单，能实现复用的FBGs多的特点。     

基于结构化FBG传感阵列的温度及折射率测量研究

基于模式耦合理论,使用结构化光纤Bragg光栅(FBG)对蔗糖溶液温度和介质折射率进行测量,解决了外部介质折射率参数对温度测量的交叉影响。同时采用FBG传感矩阵进行分布式测量,可实现对非均匀溶液的温度和折射率测量。采用结构化FBG传感阵列的方式,实现了具有温度补偿功能的介质折射率分布式测量方案。温度测量灵敏度达到8.5pm/℃,介质折射率测量灵敏度达到5.42nm/riu。因此,采用结构化FBG传感矩阵对于解决化学生物传感器的多参数交叉影响和实现分布式测量具有一定意义。     

一种高灵敏度光纤Bragg光栅高压传感器

为了提高光纤Bragg光栅（FBG）压力传感器测量的灵敏度,建立了基于薄壁圆筒的压力转换模型。应用弹性力学理论分析其工作原理,推导出应变片应变量与外部压力的关系,结果表明,改变圆筒内外径比和应变片几何尺寸可以提高放大系数。以3J53材料为例进行了数值计算,结果表明,在70MPa的工作压力下,FBG的应变为44pm／MPa,是采用裸光栅测量压力灵敏度的14倍。     

新颖的高灵敏度光纤Bragg光栅压强传感器

提出了一种新颖的基于线性膜片的光纤Bragg光栅(FBG)压强传感模型。给出了FBG反射波中心波长与压强的关系以及压强灵敏度系数的表达式。该传感器压强响应灵敏度系数的理论值为-9.50nm/MPa,实验值为-8.73nm/MPa,分别是裸FBG灵敏度系数的3166和2910倍。理论值和实验值基本吻合。该传感器有很好的线性度,并可以通过调节膜片的大小和材料的弹性模量及泊松比来调节传感器的压强响应灵敏度。     

Fiber Bragg Grating Pressure Sensor Based on Corrugated Diaphragm

A kind of fiber Bragg grating pressure sensor based on corrugated diaphragm is proposed. The relationship between the central wavelength of reflective wave of FBG and pressure is given, and the expression of the pressure sensitivity coefficient is also given. Within the range from 0 MPa to 0.3 MPa, the experimental pressure sensitivity is 7. 83 nm/MPa, which is 2 610 times than that of the bare fiber grating. The experimental results agree with the theoretical analysis. It is indicated that the expected pressure sensitivity of the sensor can be obtained by optimizing the size and mechanical parameters of the corrugated diaphragm.     

基于参考光栅的光纤光栅应变传感器温度补偿

为解决光纤布拉格光栅（FBG）应变测量时的应变、温度交叉敏感问题，利用FBG便于构成传感网络的优点，将温度补偿参考FBG与应变测量FBG串联在一路光纤上，根据2只FBG布拉格波长相对漂移获得被测结构应变。双FBG波长相对漂移对温度的灵敏度仅为0．12pm／℃，较好地实现FBG应变测量的温度补偿。参考FBG法原理简单，可操作性强，为FBG应变传感器的实际工程应用奠定了基础。