宽量程反射式光纤位移传感器的研究

分析了反射式光纤位移传感器的输出特性,设计了一种新的宽量程反射式光纤位移传感器。以传感器的输出及其相对应的实际位移训练神经网络,建立基于神经网络的传感器逆模型,将其用于传感器输出信号的处理,扩大了测量范围和提高了测量精度。     

基于反射式塑料光纤传感器的微位移测量技术研究

近年来,高精度的位移测量精度要求越来越高,为响应这一需求,本文依据待测位移量可由反射光强变化得出的原理设计了一种基于塑料光纤的位移传感器.本文所涉及的光纤位移传感器以静态拉伸式杨氏模量测量实验中钢丝长度的微小变化为待测量进行设计.在整个传感器系统制作完成后,结果显示,在0~3mm的位移范围内,测量输出与实际位移成线性关系且线性度为0.6%,在较大位移区间内实现了具有良好线性度的测量,同时,根据实验结果测得灵敏度为2.13mV/μm,保证了测量的精准度.这种设计方法的使用扩大了塑料光纤的应用领域,同时,优化了传感器的精准度和线性化精度等性能指标.     

微型反射式横向位移光纤传感器研究

提出了一种测量横向位移的微型反射式光纤传感器，可用于测量物体相对传感器轴线垂直方向的微位移变化量。从光纤出射光场的光强分布函数出发，用数值积分的方法求解出了反射式横向位移传感器的光强调制曲线，进而设计了光纤传感探头和电路。结果表明，传感器的测量线性范围是1mm，分辨率达lμm。     

双通道光纤位移传感器实时测量系统

对双通道光强反射式光纤位移传感器测量系统进行了优化设计。测量结果表明,新构成的装置重复性达到０．６％,最小分辨率小于１．０μｍ,测量范围２．０ｍｍ。测量系统采用８位单片机处理数据,用三次插值多项式校正传感器输出信号的非线性,获得良好效果,以数字方式显示位移的测量结果,系统充分利用传感器输出特性无“光峰”现象的特点,信号处理过程快捷,此系统对变化不太快的位移可进行实时测量。     

基于光纤位移测量的透明液体折射率测量方法

本文提出了一种基于光纤位移测量的液体折射率测量方法。首先,采用激光干涉法设计了 液体折射率测量的光学系统,并基于激光散斑消除理论,设计了针孔滤波器合理消除散斑, 提高了系统的抗干扰能力;其次,对测量系统中的位移测量方法进行分析和研究,提出了 一种光纤式位移测量方法,并设计应用反射式光纤位移传感器,取消传统的条纹计数,实 现了位移的高精度测量,其测量分辨力可达微米级;再次,采用机械位移驱动系统,驱动 光学系统元件移动来实现光程差的自动变化,其驱动分辨力可达纳米级;最后,搭建液体 折射率总体测量演示验证系统,以纯水、溶液为实验对象,其所需待测样品的容量少 于0.001ml。实验结果表明:纯水折射率 的测量精度可达1.5×10－3, 溶液折射率测量精度可达2.1×10－3,表明该测量方法可实现液体折射率的非接触、高精度 、智能测量。     

激光光纤压力检测技术在海洋石油勘探中的应用研究

介绍了一种用于海洋石油勘探的反射式强度调制型光纤压力传感器。依据新颖的网络补偿技术 ,提高了强度调制型光纤传感器的长期稳定性和检测精度。从理论上描述了测量误差补偿机理。初步的位移测试实验验证了所设计研制的传感器的正确性和实用性 ,压力的测量精度可达到 0 1MPa。将这种传感器应用于海洋井下压力的检测 ,可具有良好的稳定性和极大的实用价值 ,测量稳定性可以达到 0 1 5 %     

具有自标定功能的光纤光栅位移传感器

为了解决光纤光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)位移传感器易受温度、振动等外界因素影响而导致测量重复性差的问题,本文利用磁铁非接触的力传递特性,以光纤光栅为核心元件,工字型梁、永磁体等为辅助元件研究了一种无接触的FBG位移自校准装置。利用移动端磁铁与位置标定端磁铁位置重合时,工字型梁所受磁力最大,进行位置信息的自校准,进而提高FBG位移传感器的测量重复性和测量精度。通过将自校准装置安装在卷尺结构的位移传感器上,对其传感特性展开实验研究,结果表明：在0～360 mm的测量范围内,校准前平均均方根误差为5.838 mm,校准后平均均方根误差为0.953 mm。本文采用自校准装置在很大程度上提高了FBG位移传感器的测量重复性,为位移传感器的环境适应性优化提供了一种新方法。     

双通道抛物线型多模光纤位移传感器输出特性

本文根据稳态输入条件下光纤输出光强的远场分布导出了发射光纤折射率为抛物线型分布时,双通道非对称光强反射式位移传感器的输出特性参量ф与移位d的关系,理论计算和实际测量的表明,输出特性曲线不存在所谓的光峰结构,输出特性参量φ与位移d是一一对应的单值关系。这种光纤位移传感器的灵敏度仅决定于传感器的结构参数,与不纤中传输的光强无关。改变传感器的结构参数即可改变传感器的测量范围和灵敏度。     

新型反射式光纤位移传感系统的研制

普通反射式光纤位移传感器的测量范围小，若用单片机对不同类型光纤位移传感器的输出信号进行处理，可研制出一种测量范围的新型的光纤位移传感系统。     

避免温度交叉敏感的FBG非接触式磁耦合位移传感器

为了满足立式辊磨机磨盘与磨辊间的位移监测 需求,设计了 一种新型的可进行温度补偿并能提高测量精度的非接触式磁耦合光纤Bragg光栅(FBG)位移传 感器,完成了相关理论分析和 标定实验。测试结果表明:本文传感器的量程范围是1～12mm,位移 测量分辨率为1μm,重复性误差为2.6%, 回程误差为0.98%FS。未进行温度补偿前,温度对位移的影响为28.10pm/℃;温度补偿后, 温度对位移的影响为0.88pm/℃。本文研制的传感器可用于工程中非 接触条件下的位移测量。     

基于像散的光学元件厚度非接触测量研究

为了解决光学工厂低成本高精度检测光学元件厚度的实际问题, 采用像散法厚度测量技术搭建了测量系统, 并进行了理论分析和实验验证。该系统通过柱面镜引入像散形成长宽比与厚度相关的椭圆光斑, 基于实时图像处理获得元件厚度, 具有较高的测量效率, 最后使用商用玻璃平片及平凹透镜进行了测量实验。结果表明, 该系统测量不确定度在置信概率95%时小于2μm, 中心厚测量范围为25mm, 能够满足目前一般加工公差要求; 该装置操作简单、精度高、成本低, 可用于测量透明及不透明材料, 适用范围较广。该装置为企业提供了一种低成本、非接触、高精度的厚度测量方案, 适合中小型光学加工企业使用, 具有广阔的应用前景。     

基于长周期光纤光栅的光纤液位传感器

为了测量液位在警戒值附近变化的情况, 采用新款光纤熔接机制作了一种基于锥形结构的长周期光纤光栅测量液位的光纤传感器, 对传感器进行了理论分析, 搭建了液位传感实验系统, 根据传感器对外界环境的折射率灵敏度, 测量浸没在液体中的光纤长度。结果表明, 在0 mm~12 mm的液位测量范围内, 光纤液位传感器的峰值波长灵敏度和透射功率灵敏度分别是0.700 nm/mm和1.377 dB/nm。该传感器对液位变化测量较为准确, 且采用刻栅方式可有效解决传统长周期光纤光栅中存在的非对称模耦合和偏振依赖性高等问题, 同时具有制作简单、成本低和应用前景广泛等优点。     

新型反射式光纤位移传感系统的研制

普通反射式光纤位移传感器的测量范围小，若用单片机对不同类型光纤位移传感器的输出信号进行处理，可研制一种新型光纤位移传感系统，使测量范围得以扩大。     

A Novel Double-Arched-Beam-Based Fiber Bragg Grating Sensor for Displacement Measurement

A double-arched-beam-based fiber Bragg grating (FBG) sensor for displacement measurement is presented. Unlike most FBG sensors that measure the resonance wavelength shifts to detect the measurand, this kind of FBG sensor is proposed to measure the displacement based on the demodulation of the FBG's reflective spectra bandwidth. According to the strain distribution on the novel double-arched beam surface, the positive and negative strain will act on only one FBG, which is stuck on the beam surface. Thus, the positive and negative strain will make the spectra broaden as the displacement increases. What is more, the problem of cross-sensitivity in the FBG sensor is solved because temperature only affects the wavelength shift, but not the spectra bandwidth. Simulation and preliminary experimental results indicate the feasibility of the proposed idea and a fairly good linearity of the measurement characteristic.     

融合双波及单波干涉的光纤位移传感系统研究

研究一种融合双波长干涉及单波长干涉的大跨距高精度光纤位移传感系统。两种波长不同的光波同时作用于光纤干涉仪中,基于波分复用技术,利用光纤光栅分离双波长干涉信号和单波长干涉信号。利用双波长干涉信号决定被测位移的幅值,使最大测量跨距扩大至毫米量级。在本系统选定的两个激光波长(分别为1 557.32nm和1 558.52nm)下,最大测距为0.5mm,通过恰当地选用传感系统中的两个激光波长,可获得更大的测距范围;利用单波长干涉信号高精度地测量位移,使系统保持单波长干涉测量精度高的优点。     

双通道光纤气压传感器系统设计

介绍了一种新型双通道光纤气压测量系统的原理和结构组成.该系统由双通道光纤位移传感器和高精度金属膜盒组成,用光纤位移传感器检测气压变化引起的膜盒自由表面的位移.气压测量系统的输出特性参数与系统光源的光强无关,只取决于系统气压传感部件的结构参数.系统的信号处理电路包括光信号前置放大电路、窄带滤波电路、真有效值转换电路以及A/D转换和单片机电路.根据实验测定的系统输出特性,该系统的测量精度达到±0.1 hPa,分辨率小于0.2 hPa.     

应用FBG应变箍传感器的管道安全监测研究

为了对管道的腐蚀以及泄漏进行长期、实时监测, 研发了一种光纤Bragg光栅(FBG)应变箍传感器,利用研发的传感器测量管道的环向应变,通 过环向应变的测量实现管道腐蚀以及泄漏的监测。为了探讨本文方法的可行性,将研发的FB G应变传感器安装在PVC管道上,进行腐蚀与泄漏的模拟实验,实验结果表明,研发的FBG应 变箍传感器可以测量到管道壁厚变化以及泄漏产生的负压波信号。表明用研发的传感器进行 管道腐蚀以及泄漏的方法是可行的。     

大长度高精度侧面研磨光纤关键技术及应用

自主研制了光纤轴向研磨厚度精确控制装置和电弧放电光纤研磨截面高精度抛光装置.通过高精度压电陶瓷PZT调节光纤侧面的研磨厚度,研磨精度达0.01 μm.通过定位传感器控制光纤的研磨长度,可实现长度大于100 mm的光纤侧面研磨.采用低热膨胀系数微晶玻璃作为研磨块.大大降低研磨损耗.微晶玻璃上刻制多个V型槽,可实现多光纤同时轴向研磨,极大地提高了光纤研磨效率.利用电弧放电所产生的高温将研磨光纤的表面进行熔化,从而有效消除研磨光纤表面的粗糙度,抑制微裂纹或凹坑造成的较大损耗.利用上述装置,可精确控制光纤侧面研磨厚度,为高精度双折射可控保偏光纤光栅、基于光纤光栅辅助耦合波分复用(WDM)下话路器等光器件的研究奠定了基础.