基于FBG的触点式动态压力传感器及其在脉象信息测量中的应用

提出了一种光纤Bragg光栅(FBG)压力传感器和基于 相位产生载波(PGC)的干涉式波长解调相结合的传感器系统,实现脉象波形 信息的探测。设计了一种高灵敏度的触点式FBG动态压力传感器,采用有限元软件分析 了传感器的灵 敏度和频率范围;对基于PGC的干涉式波长解调算法的低频特性进行了优化,实现低至0.2Hz的高分辨率 波长解调,以适应脉象信息测量的需要。实验研究了传感器的压力灵敏度,并进行了脉搏样 本信号的采集。 测试结果表明,传感器灵敏度为750pm/N,频率响应平坦,分辨率优 于1.4×10－6 N·H₂12,能够高保真的还 原脉象信息,为客观化脉诊提供了一种可靠的技术途径。     

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。     

一种内嵌喷嘴差压式FBG流量传感器

针对传统液压系统流量测量中存在的传感器体积 较大、测量精度不高等问题,研究并设计一 种内嵌喷嘴差压式光纤 Bragg 光栅(FBG ) 流量传感器。在分析 FBG 及差压式流量测量原理的基础上, 选用标准喷嘴作为节流元件,通过将 FBG 沿径向粘贴于圆形平面膜片上,敏感被测流体经过喷嘴节流口 后在两侧所产生的压力差。推导了 FBG 中心波长偏移与被测流体流量变化之间存在的数学关 系,并通 过试验平台测量了传感器的静压特性以及动态流量特性。测试结果表明,传感器中 FBG 平面膜片的静压力 差压灵敏度为 0.712nm/MPa ,而差压式 FBG 流量传感器的灵敏度为 0.067L/s 。本文传感器具有测量精度高、 体积较小和环境适应能力强等优点,且易于实现传感复用并构成准分布式检测网络。     

FBG反射谱展宽效应在轨道传感器中的应用研究

实验验证了光纤Bragg光栅(FBG)在非均匀应力下的反射谱展宽效应,并将这种展宽效应应用于轨道列车轮重、位置和轴数的监测。将FBG传感器置于铁轨特定位置,当受非均匀应力时,列车轮重的增加会引起FBG反射谱展宽,反映为检测光强增大。利用模型验证了FBG反射谱分别在温度、均匀应力及非均匀应力下的变化,根据有限元分析模拟铁轨模型的应变分布,进而通过模型实验和实际测试验证了这种方案的可行性。     

智能金属结构中FBG传感器的埋入实验

智能金属结构具有自我感知、自我诊断的能力,它可以实时监测结构内部温度、应力的变化,以便及时发现事故隐患并采取相应措施.传感器是智能金属结构中的核心元件.如何将光纤光栅传感器成功地埋入到金属材料中是智能金属结构研究中的一个首要问题.该文阐述了光纤Bragg光栅的传感机理,提出用软钎焊的方法将镀有金属保护层的光纤布喇格光栅(FBG)埋入低碳钢中,并测得埋入后FBG传感器的温度传感信号.实验证明了该方法的可行性,为实现智能金属结构奠定了基础.     

光纤Bragg光栅传感器在矿井巷道锚杆应变监测中的应用

针对目前矿井巷道普遍采用的机电类传感器存在的检测灵敏度低、抗干扰能力差、使用寿命短等不足,提出将光纤Bragg光栅(FBG)传感器应用于煤矿巷道支护锚杆的应变监测中。光纤Bragg光栅的谐振波长与光栅的周期以及纤芯的有效折射率有关,当这些参数由于外界应力的变化而发生改变时,其谐振波长会相应发生变化,因此通过检测谐振波长的变化量,即可实现对应变的传感监测。模拟实验表明,光纤Bragg光栅传感器监测结果准确,为矿井巷道支护锚杆的应变监测提供了一种行之有效的方法。     

应用光纤Bragg光栅测量混凝土结构内部应变

采用与土木工程施工特点相适应的传感器工艺与保护方法,将光纤Bragg光栅（FBG）埋于正在建设的呼兰河大桥预应力箱梁中,测量了预应力张拉过程中混凝土结构内部的应变变化。结果表明,FBG显示了良好的传感性能,能够监测混凝土内部应变状态,发挥出成活率高、绝对值测量和寿命长等优势,为建立结构健康监测系统奠定了基础。     

液氮温度光纤Bragg光栅的应变传感特性

对光纤Bragg光栅(FBG)液氮(77 K)下的应变传感技术及应变特性进行了研究.实验和分析表明:常温下FBG反射谱中的单个中心峰在低温下会劈裂为多峰,它产生于光纤、粘贴胶和金属基底热膨胀系数间的差异引起的强烈非均匀热弹性应变,使常温下均匀的光栅变啁啾化.建立了多种技术手段,成功消除了低温多峰现象,并测得了FBG低温和常温下的应变传感特性.实验结果表明:FBG的应变灵敏系数与温度无关.     

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。     

一种新型的FBG压力传感器数值模拟研究

提出一种基于金属圆筒式膜盒感受联杆传递到悬臂梁的组合式FBG压力传感机构,对其压力传感特性进行理论研究.利用双FBG(FBG1、FBG2)产生双反射峰实现温度压力同时区分测量,并且用有限元软件ANSYS进行了二维数值模拟实验.     

基于光纤光栅传感技术的桥梁结构内部应变监测

利用预先埋入的光纤布拉格光栅(FBGs)实现了实际大型钢筋混凝土工程结构的内部应变监测。在施工期间,将多个FBGs传感器布设到黑龙江呼兰河大桥内部,探索了在建筑施工现场对光纤传感器进行安装、埋入以及传感线路保护的解决方案,并在桥梁施工、桥梁静载实验和桥梁运营阶段监测了呼兰河大桥局部的应变响应。现场实验表明,本系统满足土木工程结构长期健康监测的要求,为建立重要工程设施的结构健康监测系统奠定了基础。     

应变分布对光纤光栅反射谱影响的研究

根据Ｋｏｇｅｌｎｉｋ给出的光栅反射系数方程,本文仔细分析了呈均匀分布,线性分布三角形分布,高斯分布,正锥形分布等情况的应变对光纤光栅反射谱影响。一方面给光纤光栅传感器提供帮助,另一方面也可以为光纤光栅的特性研究提供有益的参考。     

一种新型FBG动态应变解调系统

提出并演示了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)三角形滤波器的动态应变解调系统.通过周期啁啾和折射率调制变迹,制作了FBG三角形滤波器,并利用该滤波器实现了一种新型的FBG动态应变解调方案.通过与传统应变片测量结果进行比较,结果表明,该系统能够准确地实现动态应变测量.由于系统紧凑、无源,因此可被制成便携式的解调模块.     

基于光纤光栅应变花的平面应变状态实验分析

提出并实现了直角与三角形两种光纤光栅(FBG)应变花方案,分别由在1根光纤上实现准分布的3个FBG制成。将之粘贴存等强度梁上,判断主应变方向及大小,研究其平面应变测量性能。试验结果显示,测量主应变方向同实际方向符合,两种应变花测量结果一致。     

工程化高耐久性光纤光栅压力环的研究与开发

基于光纤光栅(FBG)传感和应变式力传感器机理,采用纤维增强树脂(FPR)封装和金属焊接布设的可靠工艺,研究开发出一种高耐久性的FBG压力环,并实现了相应的温度补偿。标定实验表明,线性度为0.99%,灵敏度为2.02×106kN,重复性为1.11%,迟滞为0.65%,静态误差为1.62%。     

一种双梁互补式光纤光栅位移传感器及在地铁隧道变形监测中的应用

本文提出了一种双梁互补式光纤光栅(fiber Bragg grating, FBG)位移传感器,实现了正负双向位移的测量。采用双“悬臂梁+楔形滑块”的结构,当一个悬臂梁受位移作用处于变形状态时,另一个悬臂梁不变形并提供温度补偿功能。传感器处于零值测点状态时,两个悬臂梁处于零弯曲状态,且双梁互为温度补偿,消除了温度影响。通过性能测试实验证明,该传感器在±50的量程内,灵敏度为29.369 pm/mm,测量重复性好。制备出8个传感器应用于某市地铁的变形安全监测,从道床沉降、道床环缝、管片环缝3个方面开展了变形测量。在长期监测期间,传感器工作稳定,被测结构变形状态稳定,表明该传感器具有良好的测量性能,适用于长期的结构健康监测。     

光纤Bragg光栅应变传感研究

基于光纤Bragg光栅应变传感模型 ,利用泰勒级数展开法 ,将光纤Bragg光栅反射峰中心波长所满足的Bragg方程展开 ,得到了中心波长相对偏移量与应变增量之间的二次解析关系式 ,进而得到了光纤Bragg光栅一阶、二阶应变灵敏度系数的解析表达式 ,计算了一阶、二阶应变灵敏度系数的理论值 ;并将光纤Bragg光栅粘贴在悬臂梁上进行拉伸和压缩 ,得到了与应变对应的光纤Bragg光栅中心波长偏移量 ,通过线性和二次多项式拟合 ,得到了光纤Bragg光栅一阶、二阶应变灵敏度系数的实验值 ;各阶应变灵敏度系数的理论值与实验值吻合得到很好     

单光纤光栅对温度与应变的同步测量

提出了一种采用单光纤布拉格光栅(FBG)进行温度与应变同步测量的新颖设计。一根FBG被分成等长的两部分,用环氧胶水涂敷在其中一部分的表面,再套上金属套管,此时可以看成具有不同的布拉格波长的2个FBG,利用它们之间不同的杨氏模量和热膨胀系数,应变和温度能够同步测量。实验结果表明,在2700με和75℃的测量范围内,可以达到约6.1με和1.0℃的应变和温度精确度,误差主要来源于光谱仪分辨率的限制和FBG其中一部分的胶水涂抹不够均匀,通过使用高分辨率的解调仪和提高胶水涂抹工艺可得到更高的测量精确度。     

光纤Bragg光栅传感系统性能蜕化的研究

为了解决光纤Bragg光栅(FBG)传感器性能蜕化对复用解调结果的影响,从FBG传感器的基本原理及链路出发,分析了FBG自身的光谱蜕化以及光纤链路和光源蜕化对解调结果的影响,提出了利用自适应解调阈值的解决方法,通过模拟仿真以及实验研究证实了相关理论的正确性与方法的可行性,将FBG传感器系统的出错率由原来的10.31%降低为0.63%,极大地提高了应变测量结果的准确性。     

光纤布拉格光栅的无源温度补偿

分析了通过施加应变补偿光纤布拉格光栅(FBG)中心波长随温度漂移的原理,给出了一种新型的无源温度补偿的方法和相应的实验结果。该方法采用了两种不同热膨胀系数的金属,对光栅先施加预应变。在0-60℃范围内,中心波长仅偏移了0．02nm。