一种同时测量温度和压力的FBG传感器

报道了一种能同时测量温度和压力的FBG(光纤布拉格光栅)传感器,这是将单个FBG的一部分(约为整个光栅的一半)牢固地粘在开口环上所形成的FBG传感器。当对开口环升高温度和施加压力时,能够利用单个FBG实现对温度和压力的同时测量。实验结果表明,在温度22～82℃及压力0～10N范围内,温度和压力的响应具有良好的线性。     

高初始分辨率的光纤光栅横向负载传感

要提出了一种对光纤布拉格光栅(FBG)在横向斥力负载条件下的谐振波长分裂进行高灵敏检测的方案，并进行了实验研究。采用偏振分束器和偏振无关的光纤迈克耳逊干涉仪组成检测系统，利用相位调制技术．将光纤布拉格光栅的谐振波长分裂的检测转化为相位差的测量，从而大大提高光纤光栅横向压力负载传感的初始分辨率。利用该系统进行横向斥力负载传感实验，得到0．025N／mm横向负载初始分辨能力。     

横向压力对弱双折射光纤光栅偏振相关损耗特性的影响

根据耦合模理论,深入研究了横向压力作用下光纤布拉格光栅(FBG)的反射偏振相关损耗(RPDL)特性,对不同横向压力下的RPDL分别进行了数值模拟。模拟结果表明,RPDL对横向压力的响应非常敏感,压力变化时其峰值高度和主峰位置均发生较大的变化。对此进行大量的实验验证,实验结果与理论分析相符;并且实验结果显示RPDL峰高变化和峰位变化曲线在一定范围内均呈很好的线性关系。从而可以利用RPDL特性实现对外力场信息变化的灵敏监测。     

基于倾斜光纤Bragg光栅的横向压力传感器研究

设计了一种基于4°倾斜光纤Bragg光栅(TFBG)和弹 性 材料的横向压力传感器。利用TFBG光谱对周围介质折射率响应的特性,实现了 对较低压力范围(0~7N)的线性测量。采 用快速傅里叶变换(FFT)方法对光谱进行解调,测量灵敏度可达1920 a.u./(N/mm),线性拟 合度为0.998。研究了不同弹性材料对测量灵敏度的影响,实现对测 量范围和测量灵 敏度的调谐。本文传感器工作在反射光谱方式,易于集成(光栅区长度仅5mm),可以植入弹 性材料内部用于协调接触压力的测量。     

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。     

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/℃。     

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。     

应力双折射对FBG传感器压力传感特性的影响

针对光纤布喇格光栅(FBG)发生弯曲应变实现压力(应力)传感检测的实际情况,对FBG与衬底材料全粘附和两点粘附耦合对压力传感特性影响进行了对比实验研究。结果表明,全粘附耦合会对传感器输入与输出响应特性产生较大的非线性影响,这种非线性影响主要来源于应力双折射、应力梯度等引起的谱展宽干扰。由实验结果得出,在压力为0～4N测量范围内,采用全粘附耦合引起的FBG反射光谱的展宽约为0．28nm;采用两点粘附耦合后,谱宽不随压力而变,而线性度较之全粘贴耦合时提高了1．89％。     

双栅型轮辐式光纤光栅压力传感器

利用光纤光栅（FBG）作为基本传感元件,研制了一种基于轮辐式压力盒装置的FBG压力传感器。将2根不同波长的FBG粘贴在传感器同一轮辐的正反面上,提高了测量精度,减少了波长随温度漂移带来的影响。在0～30kN的范围内,其测量线性度达到99．98％,灵敏度达到13．89N,且响应速度快。     

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...     

光纤光栅高温传感器的研究

提出了一种能够测量高温的光纤布拉格光栅（FBG）传感器结构。利用线膨胀系数和长度均不同的两种金属细杆和光纤布拉格光栅设计而成的传感头，能够将被测温度转化为光栅的应变，解调由应变引起的光栅波长漂移，即可得知待测的温度。目前在实验室实现了500℃的动态范围和1℃的温度分辨率，实验结果与理论分析一致。     

光纤布拉格光栅横向应变特性的研究

根据耦合模理论，对光纤布拉格光栅(FBG)的横向应变特性进行了深入研究，并采用数值分析方法对光纤布拉格光栅在平面应变和应力情况下进行了模拟分析：对于平面应变情况，一个谐振峰向波长增大的方向移动，而另一个谐振峰向波长减小的方向轻微移动；对于平面应力情况，两个谐振峰都向波长增大的方向移动。设计了相应的实验进行验证，实验结果与理论分析相符；该实验结果表明光纤布拉格光栅的横向应变情况介于平面应力和平面应变之间，而且更接近平面应力情况。根据理论分析，横向应变与纵向应变对波长漂移的贡献不一样，从而使三维应变测量成为可能。     

应用在油气管线的光纤光栅温度压力传感系统

为了提高光纤光栅的温度和压力灵敏度系数以满足实用化对灵敏度精度的要求,对光纤光栅进行封装设计。得到封装后的光纤光栅温度和压力灵敏度系数分别为0.052nm/℃和0.8208nm/MPa,分别为裸光栅的5倍和273倍,且传感器的温度和压力响应与光栅反射波长成良好的线性关系。通过半个月的油气管线现场实验,测得光纤光栅温度压力传感器与油气管线的电类传感器的测量值符合得特别好,该温度和压力传感系统满足了温度和压力的实时测量。     

Temperature sensing capacity of fiber Bragg grating at liquid nitrogen temperature

According to the temperature sensing model of the fiber Bragg grating (FBG), a theoretical method of temperature sensing capacity of FBG is proposed. Based on the temperature sensing model of FBG, a temperature sensing experiment was completed at liquid nitrogen temperature (-196℃). The theoretical and experimental results were compared and analyzed, which show that at liquid nitrogen temperature or in a large-scope temperature sensing, the relationship between thermal variation △T and relative shift of reflected center wavelength △λB/λB of FBG is nonlinear and conic multinomial.     

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     

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.     

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.     

基于光纤布拉格光栅加速度传感器的研究进展

随着光纤布拉格光栅(FBG)传感技术的飞速发展,基于FBG技术的加速度传感器成为了一个新的研究和发展的方向。理论分析了FBG加速度传感器的基本原理,重点介绍了基于FBG理论开发的加速度传感器探头结构的研究进展,分析了探头结构的传感机理及性能指标,指出了实际应用存在的关键技术问题,并对未来的发展进行了展望,为设计新型探头结构及探头的实用化提供了借鉴。     

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     

FBG Hydrophone: Theory and Experiment

A fiber Bragg grating (FBG) hydrophone with enhanced sensitivity is demonstrated. A novel piston-like diaphragm with a hard core fixed at the center is used as the sensing element. Theoretical analysis shows that the Young’s modulus of the diaphragm and the radius of the hard core have significant effect on the pressure sensitivity. Experiments are carried out to test this effect and the performance of the hydrophone. The static measure- ment result is in good agreement with the theoretical result and an ac...