一种光纤光栅施加预应力的管式封装装置

为了简化光纤光栅(FBG)管式封装工艺并提高增敏效果,设计了对FBG施加预应力封装装置,阐述了其工作原理,推导了预应力的计算公式。对FBG进行了管式封装和温度传感试验。     

FBG高温传感器及其测量性能研究

在分析了不同涂覆层FBG耐高温性能的 基础上,提出了一种具有良好精度和重复性的 FBG高温传感器,并对其封装结 构和温度测量性能进行了试验研究。 根据FBG的状态不同,设计和研究了FBG为自由状态和粘贴状态两种传感器封装结构, 选择适于高温监测的聚酰亚胺FBG进行退火优化并对其封装处理。研究结果表明:不同 封装结构对传感器测温性能具有较大的影响,FBG处于自由状态下的一次线性拟合度为 0.999优于粘贴状态,采用该封装结构的FBG 高温传感器精度达到了±0.5 ℃,适用于高温检测。     

FBG温度传感器交叉敏感问题的研究

基于光纤布拉格光栅(FBG)传感器的温度应变交叉敏感原理,提出了一种新型的高灵敏度FBG温度传感器封装方法,该封装方法通过在金属管内设置弹簧进行预应力封装,完全隔绝外界压力对FBG温度传感器测温的影响,可有效地解决温度和应变对FBG温度传感器交叉敏感的问题,同时提高FBG温度传感器的温度灵敏度。对封装后的光纤光栅温度传感器进行温度特性测试和温度应力交叉敏感测试实验,结果表明,传感器中心波长的变化仅由温度变化引起,不受压力变化的影响。另外,该传感器表现出较好的线性度和重复性,可以达到准确测量温度的目的。     

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.     

光纤光栅传感器监测混凝土简支梁裂缝的实验研究

以结构健康监测系统为研究背景,研究了光纤布拉格光栅(FBG)传感器。对FBG的研究起步并成熟于通信领域,而对其在土木工程领域的研究尚处于发展阶段。为了进一步促进FBG传感器的发展,推广其在工程中的应用,通过在混凝土简支梁的底部布置经纤维增强复合塑料(FRP)封装的准分布式FBG传感器和未经封装的准分布式FBG传感器,研究了准分布式FBG传感器对钢筋混凝土构件裂缝出现时的有效感知及定位问题。实验结果表明可实现裂缝的大致定位,经FRP封装的FBG传感器相对于裸光纤光栅,其应变灵敏度有所下降。     

新型耐高温FBG传感系统研究

为解决传统的高温传感器不能满足对电解Al槽温等高温环境的实时在线测量问题,提出了基于波长调制的光纤Bragg光栅（FBG）高温传感系统,设计了一种新型封装结构的耐高温FBG传感头,具有体积小、灵敏度高和线性度好等特点;采用了基于InGaAs图像传感器衍射解调技术对光反射波长进行解调,缩短了系统的响应时间,提高了测量精度...     

双光栅监测环氧树脂固化过程及玻璃化温度实验

为了实时监测环氧树脂的固化过程,建立了基于 光纤布拉格光栅(FBG)的固化监测系统。将裸FBG、石英毛细管封装FBG和高精度热 电阻浸入到环氧树脂及其固化剂的混合物中,一 起经历固化过 程。在升降温过程中,用热电阻监测环氧树脂内部温度变化,用波长解调仪实时测量两种FB G的波长变化。 实验结果表明,石英毛细管封装FBG监测到的温度变化趋势与热电阻监测结果相同;两种FBG 的波长差反 映了固化过程中的收缩应变,固化初期变化较大,之后逐渐减小。以玻璃态转变温度为分界 点,直接植入 环氧树脂的FBG温度灵敏度分别为石英毛细管封装FBG的5.3倍和为2.2倍。     

FBG传感器封装工艺对交叉敏感问题的影响

研究了光纤光栅(FBG)应变传感器的封装与安装工艺对温度交叉敏感特性的影响。基于弹性力学理论对表面粘贴式和表面螺栓安装式两种典型的FBG应变传感器封装形式的交叉敏感机理进行了理论分析,并对国内几家主要的FBG传感器生产商的产品进行了测试。测试结果表明,表面粘贴式FBG应变传感器的温度交叉敏感性要大于表面安装式FBG应变传感器,与理论分析的结果相符。     

高温高压油气井下光纤光栅传感器的应用研究

设计并研制了耐高温、高压、防腐蚀、抗氧化和具有温度补偿功能的双光纤光栅(FBG)传感器.采用高温恒弹合金作为FBG的基底材料和耐高温、高强度的粘接胶,将压力传感FBG和温度传感FBG与基底材料封装为一体,组成温度和压力双FBG传感器.实验室标定表明,压力检测范围为0~20MPa,温度检测范围为0~315℃;压力响应灵敏...     

FBG传感器封装工艺对交叉敏感问题的影响

研究了光纤光栅(FBG)应变传感器的封装与安装工艺对温度交叉敏感特性的影响.基于弹性力学理论对表面粘贴式和表面螺栓安装式两种典型的FBG应变传感器封装形式的交叉敏感机理进行了理论分析,并对国内几家主要的FBG传感器生产商的产品进行了测试.测试结果表明,表面粘贴式FBG应变传感器的温度交叉敏感性要大于表面安装式FBG应变传感器,与理论分析的结果相符.     

FBG应变传感器温度交叉敏感补偿技术研究

光纤光栅传感器目前在工业上对高温压力管道表面的应变监控有着广泛的应用。但由于存在应变和温度的交叉影响,使传感器的测量精确度受到了一定的限制,不能满足工业实际需要。通过分析FBG应变传感器的基本工作原理,针对FBG的应变、温度交叉敏感问题,提出并采用了二元回归分析算法来实现FBG应变传感器的温度补偿模型。由计算机程序运行结果和实验结果表明,利用二元回归分析法对FBG应变传感器进行数据融合处理后,温度灵敏系数由2.74×10-2/℃降低为9.16×10-5/℃,温度的交叉敏感性得到明显改善,可满足高温压力管道应变测量的实际测量要求。     

光纤光栅无应力毛细铜管封装及温度特性实验

为克服裸光纤布拉格光栅(FBG)脆弱易折断的缺点,提出了一种聚合物和毛细铜管相结合的封装工艺。先用丙烯酸酯对栅区进行二次涂覆,再将二次涂覆后的FBG封装在毛细铜管内,FBG在毛细铜管内处于有余长无应力状态,二次涂覆为裸FBG提供了有效的保护。测试结果表明,二次涂覆并没有改变FBG的温度灵敏度;较薄的涂覆厚度保证了涂覆的均匀性和涂覆后光谱的质量;无胶空管封装方式消除了聚合物内部应力对温度测量精度的影响。封装后的温度特性实验表明,FBG传感器线性度为0.999 29,温度灵敏度为13.675pm/℃,重复性较好。     

后固化对树脂传递模塑成型复合材料性能影响监测

研制了双光纤Bragg光栅(FBG)温度/应变传感器,监测二次后固化对树脂传递模塑(RTM)成型复合材料的应变自由温度、玻璃化转变温度、残余应变及热膨胀系数的影响规律,并分析模具材料对热膨胀系数的影响。实验结果表明,二次后固化后,复合材料应变自由温度和玻璃化转变温度分别从189.0℃、189.4℃增加到200.2℃、204.0℃;外层残余应变从-597.7με下降至-671.5με;外层复合材料热膨胀系数从5.248×10-6/℃下降为4.275×10-6/℃,说明后固化可显著提高复合材料性能。     

聚合物封装光纤布拉格光栅传感器温度压力特性研究

分析了聚合物封装光纤布拉格光栅(FBG)传感器温度与压力响应特性。通过实验对某种特殊聚合物封装光纤光栅的温度与压力响应进行研究，发现当温度变化范围较大时．由于温度对材料弹性模量的影响．光纤光栅的压力响应灵敏度不再为常数，而是随温度变化的。当温度在30℃时．其压力响应灵敏度为0．036nm／MPa．在180℃时则变为0．175nm／MPa，且灵敏度系数随温度的变化呈分段线性变化。因此在使用聚合物封装实现光纤光栅传感器增敏以及大范围温度和压力的同时测量时，需要将弹性模量作为温度的函数．代入光纤光栅温度与压力响应灵敏度系数矩阵公式中以消除大范围温度变化对聚合物力学特性的影响。     

光纤布拉格光栅压力增敏的实验研究

近年来光纤光栅作为压力、温度、应变等传感器已经成功地应用于光纤传感领域中。然而裸露的光纤光栅对于外界物理参量的变化灵敏度不高,因此有必要对光纤光栅进行增敏封装,以提高其对外界环境变化的灵敏度。采用两种聚合物材料均匀混合,将其对布拉格光纤光栅进行封装。在23℃情况下对封装后的光栅进行了压力实验,实验表明用两种聚合物封装后的光栅对压力有很高的灵敏性,在0～10MPa范围内压力灵敏度为-122×10-4MPa,是裸光栅压力灵敏度的62倍     

光纤光栅毛细钢管封装工艺及其传感特性研究

提出了一种光纤光栅的毛细钢管封装工艺,并通过材料力学多功能实验台和恒温箱对其应变与温度传感特性进行了研究。与裸光纤光栅的测试结果比较表明,毛细钢管封装工艺基本不改变光纤光栅的应变传感特性,但是温度灵敏度系数提高了约2.7倍,且线性度、重复性良好,为光纤光栅在温度测量领域的应用提供了一个很好的封装方法。     

一种分段线性补偿的带隙基准

提出了一种采用分段线性补偿的方法来实现高精度带隙基准,其基本原理是将整个温度区间分为若干个子区间,在不同子区间上采用不同线性补偿函数达到最佳补偿.由于温度区间缩小,补偿误差也随之减小,从而在整个工作温度间上的补偿误差也缩小.理论上,只要温度子区间取得足够小,就可以达到任意精度.示例中将-40～120℃的温度区间仅分为三个子区间,平均温度系数就从1.5×10-5/℃减小到2×10-6/℃.     

应对第三代红外焦平面技术挑战的HgCdTe分子束外延

叙述了围绕第三代红外焦平面的需求所进行的HgCdTe分子束外延的一些研究结果.75mm HgCdTe薄膜材料的组分均匀性良好,80K下截止波长偏差为0.1μm.对所观察到的HgCdTe表面缺陷成核机制进行了分析讨论,获得的75mm HgCdTe材料平均表面缺陷密度低于300cm-2.研究发现As的表面黏附系数很低,对生长温度十分敏感,在170℃下约为1×10-4.计算表明,As在HgCdTe中的激活能为19.5meV,且随(Na∑Nd)1/3的增大呈线性下降关系,反比系数为3.1×10-5meV·cm.实验发现Hg饱和蒸汽压下,对应不同的温度240,380,440℃,As在HgCdTe中的扩散系数分别为(1.0±0.9)×10-16,(8±3)×10-15,(1.5±0.9)×10-13cm2/s.采用分子束外延生长的HgCdTe材料已用于红外焦平面探测器件的研制,文中报道了一些初步结果.     

宽温区热释电陶瓷的复合烧结法与性能研究

富锆型PZT陶瓷在室温附近发生低温铁电三方相到高温铁电三方相的相变(FRL-FRH)相变并产生很大的热释电系数,相变过程中介电常数和损耗变化很小,相变温区很窄,相变温度随锆钛比的不同而不同。该文选取锆钛比为95/5和93.5/6.5的Mn掺杂PZT材料进行复合烧结,以期展宽相变温区。实验结果表明,两种初始原料1 100℃预处理后按照质量比1∶1进行复合烧结,相变温区得到了有效的展宽,在19～43℃内热释电系数p大于6.3×10-8 C/(cm2.℃),探测率优值FD大于7.7×10-5 Pa-1/2。通过对热释电、介电和铁电性能的综合研究,发现复合烧结在优化PZT陶瓷热释电性能的同时优化了其介电和铁电性能。