一种新颖的高压光纤布拉格光栅传感器

提出了一种新颖耐高压的光纤布拉格光栅(FBG)压强传感器.推导了该压强传感器的FBG中心波长与压强的关系,得到了其压强响应灵敏度的解析表达.从实验获得该压强传感器的压强响应灵敏度为0.0592nm/MPa,是裸FBG压强传感器的19.73倍;在0～45 MPa内,该传感器的压强响应具有很好的线性和重复性,实验值与理论值吻合得很好,且压强响应灵敏度和测量范围是可调的.     

新颖的光纤Bragg光栅压强传感器的实验研究

提出了一种基于圆柱形容器和活塞结合的光纤Bragg光栅（FBG）传感模型。将FBG粘接在基底材料上，基底材料固定在活塞和容器底部间，容器内压力的变化导致活塞移动进而带动FBG所受拉力的变化，从而实现对外界压强的检测。该传感器的压强响应灵敏度系数理论值和实验值分别为0．9200nm／MPa和0．8223nm／MPa，分别为裸FBG灵敏度系数的306和274倍。该传感器有很好的线性度，线性度为0．9998。可以改变该传感器的有关参数来调节传感器的压强灵敏度系数，实现不同压强范围的测量。     

应力增敏的光纤布拉格光栅压强传感器

提高光纤布拉格 (Bragg)光栅传感器响应灵敏度是提高光纤布拉格光栅传感系统检测精度的有效途径之一。基于弹性聚合物材料封装和金属波纹管封装对光纤布拉格光栅应力响应的增敏作用 ,提出了一种新颖的应力响应增敏的高灵敏度光纤布拉格光栅压强传感器模型。推导了该传感器的压强与布拉格波长相对偏移量之间的关系 ,给出了该传感器压强响应灵敏度系数的解析表达式。表明该传感器布拉格波长相对偏移量和压强之间具有良好的线性关系 ,同时也指出通过适当选择弹性体的弹性模量、波纹管弹性系数等特性参数 ,以及它们的尺寸 ,就可以方便地调整该传感器的压强响应灵敏度系数。该传感器压强响应灵敏度系数实验值高达 - 4 35× 10 -9Pa-1( -6 74nm/MPa) ,是裸光纤光栅压强响应灵敏度系数的 2 197倍 ,理论值为 - 4 6× 10 -9Pa-1,实验值与理论值吻合得很好     

基于反射谱带宽展宽的FBG温度补偿压强传感

利用平面圆形膜片应变调谐的特点,采用膜盒式结构,将光纤Bragg光栅(FBG)沿径向贴于平面圆形膜片,利用反射波的带宽对压强敏感而对温度不敏感的特性解调压强,成功实现了温度补偿的压强传感测量.基于光谱分析仪(OSA)的0.05 nm分辨率,实验可得到测量系统的带宽随压强变化的灵敏度为0.28 nm/MPa,压强分辨率为±0.18 MPa,压强动态测量范围可达0.0～7.2 MPa.实验结果与理论分析相符.     

基于进口膜片的光纤光栅压力传感器的研究

分析了光纤布喇格光栅(FBG)的压力传感特性,给出了FBG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FBG纵向粘贴在富士公司生产型号为FBC 20WB2的膜片上进行了压力实验。实验结果表明粘贴在FBC 20WB2型膜片上的FBG压力传感器的灵敏度系数为0.376 nm/MPa左右,其测量精度在满量程范围内为1%,而理论的压力灵敏度系数为0.385 nm/MPa。同时发现粘贴在该膜片上的FBG压力传感器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,说明基于该膜片的FBG压力传感器非常适合于压力测量。     

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.     

基于单膜片FBG的加速度传感器优化设计

提出了一种基于单膜片全粘封装的光纤布拉格光 栅(FBG)加速度传感模型。首先,理论分 析了其传感原理,并优化了最佳加速度灵敏度,深入分析和讨论了该模型的加速度灵敏度的 频率响应。然后,基于该模型设计了 FBG加速度传感器,实验研究了加速度的幅频响应特性、谐振频率和加速度的线性响应。结 果表明:在小于共振频率的低频段 具有较好的平坦区,加速度与波长具有较好的线性关系,线性度为99.8%,加速度响应灵敏度为36.6pm/G,实验值与理论值得的 相对误差为3.68%;实验研究了传感器的横向抗干扰能力,交叉灵敏 度小于1.3%,表明基于该模型的FBG加速度传 感器具有较好的响应特性。     

一种复合式光纤光栅高压传感器的特性研究

提出了一种采用合金材料封装的耐高压光纤布拉格光栅(FBG)压力传感结构,从理论分析了FBG压力传感器的传感机理,实现了压强的0～20 MPa检测。对实验数据进行曲线拟合处理,线性拟合度达到了0.9996,压强响应灵敏度为12.1 pm/MPa,迟滞误差仅有0.185%,重复性误差也仅为0.020%。可实现温度补偿,并达到压力温度的同时区分测量。     

新型FBG渗压传感器在隧道涌水模型中的应用

结合波纹膜片的压力敏感特性和光纤Bragg光栅(FBG)的应变传感特性,设计了一种新型的FBG渗压传感器。传感器通过拉杆式结构将波纹膜片在应力下的挠度变形转化为FBG的轴向应变,通过恒温条件下的压强标定试验,得出传感器的压强灵敏度约为20 nm/MPa,和普通光栅相比,其压强灵敏度提高了6 000多倍。对传感器探头内部的光栅进行了温度特性标定试验,通过温度补偿光栅消除外界温度对渗压测量结果的影响。将该传感器用于隧道涌水模型的开挖试验,测得模型注水过程中测点的渗压值不断增大并趋于稳定,隧道开挖过程中渗压值轻微波动,提升水位时渗压值急剧增大。     

光纤光栅温度压力同时区分测量技术研究

提出一种基于金属合金薄壁弹性圆筒双光纤Bragg光栅(FBG)温度压力同时区分测量的传感模型。将FBG1和FBG2分别沿着圆筒的轴线方向粘贴在空心段外壁上和底座实心的外壁面上。圆筒内压力和温度的变化将引起FBG1波长的变化,温度的变化引起FBG2波长的变化,通过FBG2对FBG1的温度补偿进行温度和压力的同时区分测量。在100℃内2、0 MPa压力下,实验测得传感器的压力响应灵敏度系数约为0.012 nm/MPa,温度响应灵敏度系数约为0.012 nm/℃。     

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.     

一种新颖的高灵敏度光纤光栅压力传感器

用密封圆柱形容器和活塞封存一些气体,将光栅的两端分别粘在容器和塞子上。外界压力变化导致光栅所受拉力的变化,从而实现对外界压力的检测。该传感器压力灵敏系数可达-0.696/MPa,是裸光纤的3.515×105倍,其线性度为0.9989。     

高灵敏度光纤光栅水下压力传感研究

提出了一种新型的光纤Bragg光栅(FBG)压力增敏的边孔封装技术,分析了它的工作机理和制作工艺,并采用聚合物材料进行了实际制作.结果表明,封装后FBG的压力灵敏度为5 251 pm/MPa,是封装前压力灵敏度的1750倍,较大程度减小了压力增敏效果对聚合物材料参数的依赖性,可满足高精度水下压力测量的应用要求.     

光纤Bragg光栅高温传感技术研究

从温度传感理论模型的角度研究了光纤Bragg光栅(FBG)的温度传感特性,推导了封装后的FBG温度传感器的温度响应灵敏度系数的解析式,分析了FBG的高温响应特性,提出了在高温环境中降低FBG的非线性响应效应的方法.实验结果表明,提高基体材料的热膨胀系数能有效降低FBG传感器在高温环境中的非线性的影响.     

偶联剂自组装对聚合物FBG压力传感器性能的影响

用超分子和熵驱动自组装机理，使偶联剂在Si基质光纤Bragg光栅（FBG）上形成平均直径为2．0～2．3μm的胶体球，分析了聚合物、偶联剂和FBG的耦合机理。用偶联剂均匀和自组装涂敷方式，分别封装了聚合物FBG压力传感器，并测试了其性能参数。结果表明，在其他封装工艺相同的情况下，采用偶联剂自组装涂敷，传感器的量程从0．6MPa扩大至1．6MPa。耦合失效实验由54次延长至125次，压力灵敏度系数由1．09提高到2．98。通过球体直径和线密度控制，可以改变传感器的量程和灵敏度。     

Light intensity-referred and temperature-insensitive fiber Bragg grating dynamic pressure sensor

Temperature-insensitive fiber Bragg grating (FBG) dynamic pressure sensing based on reflection spectrum bandwidth modulation and differential optical power detection is proposed and experimentally demonstrated. A special double-hole cantilever beam is designed to induce linear strain-gradient distribution along the sensing FBG, resulting in FBG reflection spectrum symmetrical broadening and optical power increase.Based on the theory of optical waveguide and material mechanics, the causation of FBG spectrum broadening under the linear strain-gradient is analyzed, and the corresponding force-to-bandwidth broadening relation and force-to-optical power relation are formulized. FBG spectrum bandwidth and reflection optical power linearly change with applied pressure and both of them are insensitive to spatially uniform temperature variations.For a temperature range from -10℃ to 80℃, the measured pressure fluctuates less than 1.8% F.S.(120 kPa) without any temperature compensation. The system acquisition time is up to about 80 Hz for dynamic pressure measurement.     

光纤光栅在液氮温区温度传感性能的研究

文章从光纤光栅的温度传感模型出发,理论分析了光纤光栅的温度传感特性,完成了在液氮温区(-196 ℃)的温度测量.将理论与实验结果进行对比分析后得知,在液氮温区或者大范围测温中,反射波长相对漂移量ΔλB/λB与温度改变量ΔT的关系是非线性的,呈二次关系式.