光纤光栅温度传感增敏方法研究

针对裸光栅温度灵敏度较低的问题,设计了一种封装方式并进行结构制作。所设计的封装方式是将光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)置入毛细玻璃管中,并填充353ND环氧树脂胶,最后固定在铜片基底上。首先对FBG温度传感及增敏机理进行了理论分析,然后进行结构的设计及制作,最后进行温度传感测试。聚合物353ND和铜片的热膨胀系数显著高于裸光栅,在外界温度发生变化时会对光纤光栅施加附加应力,从而提高其温度灵敏度,并保护FBG传感器的结构。实验结果表明：在40℃至140℃的温度传感测试中,FBG的反射波长保持着不错的线性;温度灵敏度由增敏前的10 pm/℃提升到了21 pm/℃左右,且温度传感特性拟合曲线线性度达到0.996以上。     

液体填充增敏型法布里-珀罗微腔光纤温度传感器

为了提高传统空气腔法布里-珀罗(法珀)干涉仪的温度灵敏度,提出了一种基于液体填充的增敏型 法珀微腔光纤温度传感器。传感器采用标准单模光纤与二氧化硅毛细管制作长度为微米量级的光纤法珀微腔并填充以液体。对所制作液体填充法珀微腔光纤温度传感器,由反射光谱通过相关算法计算绝对腔长的方式实现温度解调。理论和实验均表明,该液体填充型法珀微腔传感结构具有明显的温度增敏效果。对于腔长为~12.140 μm的液体填充法珀微腔光纤温度床感器,其腔长-温度灵敏度达到了2.185 nm/℃,高于作为参照的非填充空气腔法珀光纤温度传感器高一倍左右,增敏效果明显。     

增敏型级联双参量测量的光纤传感器北大核心CSCD

旨在有效解决液体折射率检测中温度和折射率交叉敏感的问题,研制了一种增敏型光纤光栅(FBG)级联马赫-曾德尔(M-Z)结构的温度、折射率双参量测量的光纤传感器。通过多次熔接实验,调节相应参数将单模光纤(SMF)和薄芯光纤(TCF)进行拉锥熔接;然后在TCF的另一端熔接无心光纤(NCF),制备出M-Z光纤干涉仪;再在NCF末端级联上铝制毛细管增敏封装后的光纤光栅(FBG),最终完成双参量测量的光纤传感器的制备。根据M-Z干涉原理及FBG模式理论,计算了增敏FBG理论的温度灵敏度,给出了传感器的灵敏度系数矩阵与温度、折射率与透射谱的波长漂移量的理论公式。搭建了温度、折射率传感测试系统,实验结果表明:在15~85℃温度范围内,随着温度增加,该传感器的透射谱逐渐红移,封装后的FBG和M-Z结构的温度与波长偏移量线性相关系数分别为0.96323和0.91577,温度灵敏度分别为33.71 pm/℃和11.58 pm/℃;在室温下(25℃),液体折射率在1.333RIU~1.34235RIU范围内,随着折射率增加,FBG透射谱不发生偏移,M-Z透射谱逐渐蓝移,折射率与波长偏移量线性相关系数分别为0和0.98761,折射率灵敏度分别为0 nm/RIU和-493.51322 nm/RIU。该传感器可以有效提高温度、折射率的检测精度和灵敏度,可应用于环境、生物、石油化工和食品生产等领域。     

光纤光栅增敏封装工艺及装置研究现状

光纤布拉格光栅（fiber Bragg grating,FBG）具有许多独特的优点,广泛应用于工程中。然而,裸光栅存在细小质脆、温度和应变灵敏度低等问题,工程应用中须对其进行增敏和封装保护。本文简要分析了FBG传感原理,系统总结了国内外FBG增敏、保护封装工艺及装置的研究进展,对各自的优缺点进行了分析讨论;对FBG增敏封装后使用中可能出现的问题进行了分析,有针对性地提出了解决方法。     

光纤光栅温敏特性研究

分析了光纤光栅（FBG）的温度特性、温度补偿和温度增敏原理,实验研究了温度特性、温度的补偿及增敏。实验结果表明：光纤光栅对温度的改变呈现出良好的线性；所采用的补偿装置在测试范围内基本能消除温度对光纤光栅Bragg波长的影响；采用实验所用的增敏装置，可以将光纤光栅的温度灵敏度提高9.3倍。     

光纤光栅温度传感器增敏封装特性研究

通过利用聚酰亚胺涂覆裸光纤光栅的方法研制了一种增敏型光纤光栅温度传感器,其反射波长的温度敏感系数由曾敏前的10pm/℃提升至40pm/℃。在-40~200℃测试环境中,开展了传感器标定和温度精度测量试验。试验结果表明:利用光纤光栅增敏封装,在高低温环境中采用低精度光纤光栅解调仪,传感器的测温精度由±0.4℃提升至±0.1℃。上述结果显示,采用增敏封装结构能够提升光纤光栅温度传感器的测量精度,减低制作成本。     

低温环境下FBG温度传感特性研究

在低温环境中,光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)材料的热膨胀系数和热光系数会发生改变,从而影响其温度传感特性。文章通过实验研究了裸光纤光栅传感器和黄铜管封装的光纤光栅传感器在低温下的温度传感特性。结果表明,在80~300 K温度范围,裸FBG温度传感器的灵敏度为6.43 pm/K,线性度为0.974,在80~230 K温度范围,温度与光纤光栅的中心波长呈现非线性关系;黄铜管封装的FBG温度传感器,在整个温度范围内灵敏度可达26 pm/K,线性度为0.996,较裸FBG温度传感器均有较大提升。对比实验表明,对光纤光栅进行封装,可以提高其温度灵敏度和线性度,改善温度传感特性。     

基于翼表温度测量的光纤Bragg光栅传感器研究

根据可变体机翼翼表温度检测范围-60～+80℃的要求,提出了一种基于铝板片封装的光纤Bragg光栅(FBG)温度增敏传感装置.该装置采用耐高温环氧树脂胶将FBG粘贴在铝板片U槽中,并预热60℃、保持30 min以保证FBG温度传感增敏装置线性和重复性.研究及试验结果表明,在翼表工作环境温度范围内,该模型理论与实测温度灵敏度分别为28.16 pm/℃和29.03 pm/℃.与裸光栅相比,其增敏倍数分别为2.540倍和2.636倍,增敏倍数误差为3.78％,反射波长与温度的线性度达到0.999 3.因此,在翼体工作环境温度范围内尤其低温环境-60～0℃间,该温度增敏传感装置能满足检测所需精度.     

FBG温度灵敏度及增敏技术研究进展

研究了光纤布拉格光栅（FBG）的温度传感机理及特征参数对温度灵敏度的影响.针对国内外光纤光栅温度增敏研究的几大方向,分别从光纤光栅的材料选择、写入方法、封装材料和封装工艺等方面,进一步详细分析了光纤光栅温度传感器增敏技术的发展趋势.     

超短FBG的高灵敏度温度传感器

为了研究一种适用于人造卫星环境温度监测的高灵敏度温度传感器,利用超短光纤光栅的小尺寸优点并结合双金属增敏结构研究设计小尺寸高灵敏度温度传感器。采用1mm超短光纤光栅作为测量敏感元件,以热膨胀系数大的铝材作为基底、热膨胀系数小的殷钢为热应变传递梁,将30mm的铝材基底热应变转化为1mm超短光纤光栅上的弹性应变,达到高效的温度增敏效果,实现了高灵敏度的温度测量。经测试,高灵敏度温度传感器的温度灵敏度系数为292.59 pm/℃,分辨率优于0.004℃,线性度为99.93。该传感器可用于温度的精确测量,具有尺寸小和分辨率高等优点。     

实时测温系统波长带宽的优化设计

本文在着重讨论系统的测温不确定度及温度分辨力的基础上 ,对其工作波长的带宽进行了优化设计。实验表明 ,采用优化设计的波长带宽之后 ,在测温范围 40 0～ 12 0 0℃内 ,测温不确定度及系统的温度分辨力均符合设计要求。证明了系统波长带宽设计的正确性     

高山无人值守机房温控系统改造方案

主要阐述一套高山无人值守广播电视发射机房温控系统的改造方案。方案根据海拔高度与温度变化的关系及高山上昼夜温差大、阴晴天气温度变化大等特点,采用3个温控器分别检测机房内外温度的变化,通过设置合适的上下限温度阈值和温度回差,精准控制空调、排风系统和电热器的开或停,使无人值守机房的温度始终保持在设置的范围内,既提高了设备安全运行的可靠性,又降低了运维成本。     

提高霍尔传感器测量精度的方法研究

为了解决霍尔传感器精确测量问题,必须克服温度漂移和零位误差,而这些误差是半导体材料自身特性决定的。针对霍尔传感器固有特性,对误差产生的原因、机理及影响进行了系统分类和逐一分析,表明这些误差是其自身所不能克服的,只有对其影响实施有效遏制才能保证测试的精度。通过对各类误差特点的全面剖析,依据各自的成因和影响,制定了相应的应对措施,针对不同类型的误差类型,提出了具体的电路补偿方案。各种补偿手段简单实用,易于实施,有效控制了温度漂移和零位误差对测试结果的影响,保证了霍尔传感器在较高测试精度要求下仍然能够正常工作,提高了霍尔传感器的环境适应能力。     

由DS1820构成的单线多点温度测量系统

介绍新型的单线数字温度计ＤＳ１８２０的特点及其工作原理，给出了它用ＤＳ１８２０构成的单线多点温度测量系统的硬件和软件。在－５５－＋１２５℃测温范围内，与其它各种通用的现场总线分布式测量系统比较，该系统具有很大优势。     

High Temperature Superconductivity in the Past Twenty Years Part 1——Discovery, Material, and Theory

Twenty years after the discovery of hightemperature superconductors （HTSs）, the HTS materials now have been well developed. Meanwhile the mechanism of superconductivity is still one of the topical interests in physics. The achievements made on HTS materials and theories during the last twenty years are reviewed comprehensively in this paper.     

基于比率测量的CMOS高温温度传感器设计

针对在高温环境下温度传感器的测量性能降低问题,提出了一种在能够25℃~ 225℃的温度范围内运行,基于比率测量的高性能带隙温度传感器。该温度传感器使用简单的时域体系结构,将自动调零的偏移消除与偏移消除进行合并提高性能,然后通过在数字处理模块实现的映射函数,将得到的比率转换成比率输出,从而消除对带隙基准（BGR）的需要,提高了高温条件下的精确性。传感器使用CMOS工艺组装而成,芯片面积为0.41 mm2。在室温下使用现场可编程门阵列(FPGA)进行实验测试,结果显示该传感器在最差情况下的错误仅为+1.6 ℃/?1.5 ℃,并且当电源为4.5V时,传感器仅消耗20μA的电流。     

智能调味紫菜干湿温度控制装置

针对调味紫菜生产过程中烤箱干、湿温度的测量和控制问题,研制了以单片机为核心的智能干、湿温度控制装置,实现了干、湿温度的自动控制.重点介绍了控制系统的硬件组成和软件设计,给出了系统结构原理框图.     

基于单片机和DS18B20的温度采集和分析系统

介绍了一种温度采集、分析系统,实现了对所测温度采样,存储于数据库并进行相关分析的功能。通过80C51单片机和DS18B20温度传感器,以PC端的SQL Server 2008作为数据库,Matlab作为分析工具,利用串口、ADO组件、MATALB引擎完成相关功能。经测试,该系统可完成从温度采集到分析的一系列活动,可用于一般场合对温度的采集、分析工作。     

高精度低温面源黑体的研究

随着红外探测技术的快速发展,高精度面源黑体辐射源作为辐射计量的校准装置,近年来其需求越来越广泛,对黑体辐射源的温度精度,温度稳定性,温度均匀性和可靠性要求也越来越高。本文从黑体辐射源的理论依据、工作原理以及研制过程和影响因素作了详细阐述,通过样机的研制和试验积累了丰富的经验,达到了技术参数的规定和要求,优化了设计。     

基于叠加型的温度补偿电流源的设计

提出了一个新型电流叠加型的温度补偿电流源的设计,通过新增加一条电流支路,对温度特性进行优化,使用简单的结构,达到了很好的温度特性和电源电压调整率。使用XFAB公司的0.6μm CMOS工艺模型,Cadence模拟验证结果表明,在-40~135℃范围内,温度系数为16ppm/℃;电源电压抑制比为77.2dB。该方案已经应用于AC/DC转换器芯片。