基于双芯光纤滤波器解调的光纤光栅电流测量

利用光纤光栅(Fiber Bragg grating,简称FBG)、超磁致伸缩材料(Giant magnetostriction material,简称GMM)和基于双芯光纤滤波器的解调系统实现了交流电流的测量。在介绍超磁致伸缩材料的磁致伸缩效应、光纤光栅检测电流原理以及双芯光纤滤波器解调原理的基础上,借助超磁致伸缩材料和光纤光栅等构建了电流测量单元。利用设计的电流测量单元,在施加0～4.5A(50Hz)范围的交流激励电流时,经基于双芯光纤滤波器的解调系统解调,验证了采用该方案检测电流的可行性。     

一种有保护装置的光纤光栅漏油报警传感器

采用机械限位原理,设计和组装了一种有保护装置的光纤Bragg光栅漏油传感器.该传感器在检测过程中,通过限制敏感材料的膨胀长度能有效防止光纤光栅因承受较大的应力而断裂,同时,能克服分布式光纤光栅漏油检测系统中相邻信号之间的串扰,并具有较短的响应时间,其漏油报警响应时间小于4min.     

基于分布式光纤的建筑材料偏差检测方法

研究建筑材料的细微形变优化检测问题.建筑材料结构复杂,不同材料的受热伸缩程度不同,造成大规模建筑过程中,不同区域的材料形变程度极小,传统的材料几何曲率或者角度形变方法在进行细微形变检测过程中,很难对材料保持较高的判断精度,使得检测过程不准确.为了避免上述缺陷,提出了一种分布式光纤的建筑材料尺寸偏差检测方法.利用分布式光纤形变传感器采集建筑材料尺寸数据,通过瞬时傅立叶变换方法,计算建筑材料尺寸偏差.实验结果表明,提出的算法能够有效提高建筑材料尺寸偏差检测的准确性.     

光纤光栅电流传感器

本文提出并实验验证了一种利用新型材料制造的光纤电流传感器。通过结构的合理设计,提高了由光纤光栅和磁致伸缩材料构成的光纤电流传感器的检测灵敏度。所使用的致材料和传感器工作的动态范围的合理选择,使得传感器的输出有很好的线性,并且避开了磁致材料的磁滞效应对传感器特性的影响。     

干涉型光纤温度传感器

为了长期和在线实时检测各种工程结构内(如飞机机翼)的温度,在介绍了2种典型的干涉型光纤温度传感器技术的基本原理、结构及优缺点的基础上,提出了一种新型光纤温度传感器——嵌入式干涉型光纤温度传感器的工作原理和结构设计。它用特殊加工工艺将光纤埋入材料中,通过相位调制产生干涉条纹,再通过条纹的判向计数来对材料内部温度进行测量。实验结果表明:嵌入式光纤温度传感器能长期有效测量材料内部的温度,并且,它的灵敏度比放在空气中的灵敏度要高2~3倍。具有很大的研究开发和应用价值。     

自适应气体检测光子晶体光纤传感器设计

针对光子晶体光纤在传感技术和非线性传感系统应用中面临的传输模式突变、检测精度受模式变化而降低等方面问题,研制了一种具有低损耗高抗压的气体检测光子晶体光纤传感器.根据非线性传感系统和光子晶体光纤的带隙材料布局建立了损耗分析模型,并总结了孔距和包层直径对损耗的影响,从而建立损耗感知算法;对比单模、二阶模及异构孔对损耗的影响,建立了模式自适应调制算法;研制了一种基于损耗感知支持模式自适应调制的用于气体检测的光子晶体光纤传感器.测量系统的实验结果分别从损耗.检测精度和抗压等方面证明了所提方案研制的光纤传感器的可靠性和优越性.     

光纤F-P电流传感器

利用光纤抗电磁干扰、绝缘性好、体积小等特性,提出一种新型的光纤电流传感器。经比较,选择超磁致伸缩棒（Tb0.3Dy0.7Fe1.95）作为核心材料,对光纤F-P传感器实现电流测量的理论进行了研究分析,在解调方式上采用了相位解调法,建立了光纤F-P腔的数学模型,推导出电流检测理论公式,并进行了相关实验。     

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。     

一种适用高压变频器的光纤电流检测系统

针对目前存在于高压变频器中的强电磁干扰、绝缘复杂等技术问题,利用光纤电流检测抗电磁干扰能力强、完全电气隔离等优点,在光纤电流传感器原理的基础上,研究一种适用于高压变频器的基于法拉第磁光效应偏振态调制的全光纤电流检测系统,改进目前高压变频器电流检测环节。该研究应用高圆双折射光纤有效抑制光纤中固有的线性双折射,通过改进双光路检测结构简化检测系统,经过理论分析和实验证明高圆双折射光纤电流检测系统线性度良好,且实时性好,适用于高压变频器。     

一种基于光纤光栅压力传感阵列的飞机燃油液位测量方法研究

本文提出了一种基于光纤光栅压力传感器阵列的飞机燃油液位传感系统,研究了基于聚氨酯材料的压力敏感薄膜和光纤光栅压力传感器的制造工艺,通过光纤光栅(FBG)压力传感器阵列搭建了燃油液位传感系统,开展了液位传感实验。实验结果表明,该系统在75cm液位量程范围内可实现16.09pm/cm的测量灵敏度,最大相对误差<４％。论文提出的基于线性拟合曲线截距测量的液位高度计算方法,可以克服实际应用中测量液体密度和重力加速度变化对液位测量精度的影响,保证了系统的检测精度。该光纤光栅液位传感器为飞机燃油液位检测提供了一种新的技术思路。     

安装于低模量基体的FBG传感器误差分析

FBG传感器广泛应用于基体结构的应变测量,由于FBG传感器的存在改变了基体的应变分布,光纤与基体并非直接接触,导致测量应变产生一定的损失,因此需要研究光纤应变与基体应变的关系用以提高测量精度。建立了一个FBG传感器应变传递模型,并利用有限元验证其正确性,利用文中理论对各个参数对应变传递率的影响进行详细的分析;理论解和有限元解误差在3%以内。本文理论满足FBG传感器精度要求,对其实际应用具有一定的指导意义。     

安装于低模量基体的光纤光栅传感器应变传递分析

FBG传感器广泛应用于基体结构的应变测量,由于FBG传感器的存在改变了基体的应变分布,光纤与基体并非直接接触,导致测量应变产生一定的损失。为了提高测量精度,本文建立了一个FBG传感器应变传递理论模型,并利用有限元验证其正确性;最后,利用本文理论对各个参数对应变传递率的影响进行详细分析。     

外接光纤传感器应用于碳纤维智能复合材料结构的研究

在碳纤维复合材料结构的固化过程中,埋入其中的光纤将承受恶劣的环境,这将影响碳纤维智能复合材料结构中光纤传感系统的性能,并使光纤容易发生断裂。为解决这一问题,本文对几种外接式光纤传感器进行了初步探讨,并对外接式干涉光纤传感器进行了试验。结果表明外接式干涉光纤传感器可以完成检测碳纤维复合材料结构内部应变的任务,并能避免结构内光纤断裂造成传感器的失效,降低智能结构的制作成本,对智能结构的发展具有一定的促进作用。     

基于RFID传感标签的弯曲应变无线监测方法及实验

为解决结构应变有线监测方法存在的布线量大、安装维护费用高、可靠性差等问题,提出一种基于RFID传感标签技术的无线监测新方法。详细介绍了由应变信号调理电路、MSP430单片机和nRF905无线收发模块组成的标签硬件设计和软件实现。根据有限元分析的结果,在碳纤维增强复合材料层合板实验试件上布置了多个电阻应变片,利用设计的传感标签和读写器,在万能材料试验机上构建了结构应变无线监测的实验系统。弯曲实验结果表明分布的传感标签可有效获取结构应变信号并实现信号的无线传输与处理;多通道数据分析处理结果与实验现象一致,验证了该系统实现结构应变无线监测的有效性。     

一种基于等强度梁的光纤光栅高频振动传感器

以光纤光栅为敏感元件,设计了一种基于钢制等强度悬臂梁结构的高频振动传感器,该传感器由光纤光栅粘贴于等强度悬臂梁的表面而实现.运用材料力学原理对该等强度悬臂梁的共振频率和应变特性进行了推导.采用匹配滤波法解调光信号,并进行了传感探头优化设计,使该传感器实现了温度补偿.在不同环境温度下对任意频率的振动进行了测量实验,结果表明这种振动传感器可以实现高频振动信号的检测,实际上限频率达6 kHz,测量频率误差小于0.5%,能够实现温度补偿,且集成度高,结构轻便,具有广阔的实用前景.     

基片式光纤光栅传感器应变传递分析与试验

为研究基片式光纤光栅传感器传递效率,建立了应变传递模型,对基片式光纤光栅传感器与裸贴式光纤光栅传感器进行了对比试验,得到了传感器中心波长与挠度关系曲线,试验结果表明：基片式光纤光栅具有良好的线性度,应变灵敏度为0.822 pm/10－6,应变传递效率可达89.4%。利用ANSYS有限元软件对基片式光纤光栅传感器进行应变传递分析,有限元分析结果与试验结果一致,证明了模型和计算方法的有效。提出铍青铜基片式封装形式,并建立ANSYS模型,对其传递效率进行计算,计算结果表明：铍青铜封装应变传递性能一般,但对光纤光栅具有良好的防护性能。     

埋入式F-P光纤应变传感器的疲劳性能试验研究

光纤传感器的研究应用代表着混凝土桥梁结构健康监测技术的发展趋势。针对基于白光干涉的埋入式F-P光纤应变传感器的测试原理及主要结构参数进行了分析，介绍了该传感器的制作工艺特点。通过对传感器的疲劳性能试验，验证了该传感器具有优良的精度稳定性和耐久性，满足桥梁施工现场复杂状况下混凝土结构应变监测的要求。     

对温度不敏感的光纤光栅压力传感器

分析了光纤Bragg光栅传感器的温度、应变交叉敏感机制,提出了一种新颖的方法,并进行了相应设计：将两根不同波长的光栅粘贴在传感器同一轮辐的正反面上,两个峰有不同的应变响应和温度响应,通过测量两个峰的漂移,就可以解矩阵方程实现压力和温度的同时测量,有效消除了交叉敏感对轮辐式光纤光栅压力传感器的测量精度的影响。改进封装工艺,可以使该方法更简便。     

基于机织结构的柔性应变传感器的设计与分析

建立机织物的等效电路模型,在导电弹性纤维材料的电阻应变效应基础上推导了机织物的电阻应变关系。设计了机织物的平纹组织结构及信号转换电路,分析了柔性应变传感器的输入输出特性与灵敏度。对机织物的结构参数分析表明,当机织物中的导电弹性纱线为并联方式时,可选用电阻率适中或较低的导电弹性纤维材料,理论上适用于任意尺寸物体的大应变检测;当机织物中的导电弹性纱线为串联方式时,只能选用电阻率较低的导电弹性纤维材料,且仅适用于较小尺寸物体的大应变检测。     

光纤应变传感系统消噪技术的研究

本文分析干涉式光纤应变传感系统中噪声对系统分辩率的影响,提出消除光源幅度、相位噪声和环境噪声的措施。