FBG应变与温度交叉敏感分离方法研究

应变与温度交叉敏感的分离技术是光纤Bragg光栅(FBG)传感器的关键技术之一。详细介绍了双波长矩阵法、双参量矩阵法、温度参考光栅法、温度补偿封装法等几类应变与温度分离方法的原理,并从应用的角度比较了各自的优缺点和应用范围。     

结构健康监测用光纤Bragg光栅温度补偿研究

阐述了光纤Bragg光栅及多光栅温度补偿法基本原理,推导出温度补偿公式。在光纤Bragg光栅应变灵敏系数标定及钢架静力试验过程中进行温度补偿,试验结果显示光纤Bragg光栅温度计能够准确测量温度干扰。     

光纤Bragg光栅电流传感器的温度补偿研究

在基于超磁致伸缩材料Tb0.30Dy0 70Fe1.95的光纤Bragg光栅(FBG)大电流传感器的基础上,通过对传感头进行设计,提出了一种温度补偿的方案,解决了FBG的温度-应变交叉敏感问题,提高了传感器的精度.实验结果表明:在0～90℃的温度变化范围内,该传感器的Bragg波长差与电流变化具有较好的线性度,不受温度...     

关于光纤光栅应力传感及解调的研究

阐述了一种新颖有效的光纤光栅微应力传感及信号解调的方法,将光纤Bragg光栅在微应变作用下产生的波长变化用于传感测量,用一对光纤Bragg光栅进行信号解调,同时进行了温度补偿.理论上分析了传感的原理,实验上得到了线性度很高的响应.研究表明,本传感系统结构简单,操作方便,灵敏度高,可以识别1 με以下的变化.     

对温度不敏感的光纤光栅压力传感器

分析了光纤Bragg光栅传感器的温度、应变交叉敏感机制,提出了一种新颖的方法,并进行了相应设计：将两根不同波长的光栅粘贴在传感器同一轮辐的正反面上,两个峰有不同的应变响应和温度响应,通过测量两个峰的漂移,就可以解矩阵方程实现压力和温度的同时测量,有效消除了交叉敏感对轮辐式光纤光栅压力传感器的测量精度的影响。改进封装工艺,可以使该方法更简便。     

光纤Bragg光栅传感特性的实验研究

针对光纤Bragg光栅的温度和应力特性进行了实验研究。实验结果表明:光纤光栅的Bragg波长随温度和轴向应变的变化呈现出良好的线性和重复性;光栅的涂敷材料、支撑材料不会改变它的线性和重复性,但对其灵敏度有显著的影响。实验结果可以作为对光纤光栅进一步深入研究的参考。     

光纤Bragg光栅流量传感器

采用靶式结构作为光纤Bragg光栅流量传感器的换能元件,其中两片光栅分别粘贴于等强度悬臂梁的上下两表面。采用双光栅粘贴方式对传感器进行温度补偿,有效的解决了应变与温度交叉敏感的问题,提高了测量灵敏度。实验表明该靶式光纤Bragg光栅流量传感器的载荷响应灵敏度为33.6pm/kg,测量精度为0.5%。     

双波长FBG折射率变化平均值的研究

光纤Bragg光栅(FBG)是发展最为迅速的光测量器件.为解决光纤光栅传感器温度应变交叉敏感的问题,使用双波长FBG替代传统FBG是实用性较好的方案之一.通过数值计算双波长FBG的反射谱,着重分析了双波长FBG的折射率变化平均值对中心波长及其反射率的影响.     

低温敏的双管式光纤Bragg光栅应变传感器的研究

机械构件由于荷载会产生应变,根据应变分布情况可以确定构件的强度信息以及所受荷载状况。研制了一种降低温度敏感性的双金属管光纤Bragg光栅应变传感器。利用内、外管材料热膨胀系数的差值,抵消光纤Bragg光栅由于热膨胀和热光效应引起的波长偏移,实现在应变测量过程中的温度补偿。内、外管之间采用螺纹结构连接,通过调整内管旋入外管的螺纹长度来调节传感器的测量范围和温度补偿效果。实验表明,该传感器的温度灵敏系数为2.62 pm/℃,是裸光栅温度灵敏度的25%;应变灵敏系数为1.215 pm/με,非线性误差为0.8%FS,滞后误差为3.6%FS,重复性误差为2.86%FS。     

光纤光栅温度应变同时测量传感技术研究进展

介绍了光纤光栅温度应变传感器的基本原理,对当前常用的实验方法进行了分类。简要介绍了参考光纤光栅法、双波长叠栅法、光纤Bragg光栅(FBG)与长周期光栅相结合的方法、不同包层直径光栅对法、纤芯掺杂法以及光纤光栅F-P腔法等方法的机理,并对每一种方案进行了详细的分析,讨论了其优缺点和改进方向。     

聚合物光纤布拉格光栅轴向应变传感特性研究

针对固体火箭发动机纤维缠绕壳体状态监测中局部可能出现大应变情况,论证了采用聚合物光纤布拉格光栅(poly-mer optieal fiber Bragg grating,POFBG)传感器对大应变进行检测的可行性,分析了聚合物光纤光栅的工作原理,考虑到聚合物光纤材料特性与石英光纤的差异,建立了引入二次项因素的应变、温度传感模型,并通过MATLAB对聚合物光纤布拉格光栅的应变和温度变化进行了数值仿真.结果表明,反射波长随温度的升高而减小,温度漂移呈现非线性,这与文献报道的实验结果比较吻合.     

单个光纤布喇格光栅实现应变温度同时测量的研究

实现单个光纤布喇格光栅同时测量应变和温度的实验系统.在该系统中,温度变化使光栅的布喇格波长位移,应变使反射谱分裂成双峰.结果表明,根据光栅的初始布喇格波长和两个分裂的布喇格波长可以同时确定应变和温度的变化.应变和温度灵敏度的实验结果分别为1.172 pm/με和10.78 pm/℃.该系统在结构健康监测、智能材料和结构等领域有应用前景.     

智能服装中光纤Bragg光栅心音检测方法的研究

研究基于光纤光栅智能服装心音检测的理论和方法.根据光纤光栅应变效应和圆形膜片振动原理,建立了心音传感数学模型,推导出心音灵敏度计算公式.设计了光纤光栅心音传感器结构并制作出样品,其灵敏度理论值为957.11 pm/kPa.用所设计的传感器对人体心音进行实测,反射波长变化范围约70pm.在体温不变的情况下,光纤光栅反射波...     

基于光纤Bragg光栅应变传感器的量测锚杆拉力研究

由于被锚固结构自身的风化作用和锚杆自身的受力,蠕动变形等会改变锚杆的受力状态。为了实时反映锚杆的受力状态,将光纤Bragg光栅应变传感器通过引脚沿轴向焊接在锚杆的杆体上。由于锚杆杆体受力带动光纤Bragg光栅应变传感器引脚间距发生变化,使得应变传感器内的光纤Bragg光栅中心波长发生移位。通过对光纤Bragg光栅中心波长移位量的测量,可以实现对锚杆轴向拉力的在线监测。锚杆拉力试验表明:拉力灵敏度为6.5 pm/kN,线性度为1.78%FS。     

多模光纤光栅的应变传感特性

主要对多模光纤光栅的应变传感特性进行了实验研究,实验结果表明,光纤光栅的Bragg波长随轴向应变的变化呈现出良好的线性关系,而且其重复性相当好。实验测得的应变灵敏度为0.0011nm/(×10-6),与理论计算值相符。这些特性与单模光纤光栅的传感特性基本相同,因此可以用多模光纤光栅代替单模光纤光栅制作光纤传感器以降低成本。实验结果可以作为对光纤光栅进一步深入研究的参考。     

基于FPGA的可调谐激光器控制电路设计

可调谐激光器是光纤光栅解调系统中最主要的部件之一,其输出波长和功率的稳定性影响整个解调系统的性能;文中对MG-Y可调谐激光器的调谐原理进行了分析,设计了一种基于FPGA的可调谐激光器控制电路;使用温度控制芯片ADN8834对MG-Y激光器进行温度控制,通过改变电流源的输出电流,控制激光器的输出波长;利用光谱分析仪采集激光器的输出波长,并对激光器的输出波长进行标定,制作“波长-电流”查询表;FPGA通过调用“波长-电流”查询表,实现激光器的波长在1527~1567 nm范围内以20 pm间隔连续线性扫描。同时搭建光纤布拉格光栅解调系统,验证了可调谐激光器解调光纤光栅中心波长的可行性。     

光纤光栅压力传感器及其温度效应研究

根据Bragg光栅方程,讨论了光纤Bragg光栅(FBG)压力传感机理及温度对光纤光栅反射波长的影响;通过裸光栅的罐状聚合物封装,在0～20MPa的范围内,使光纤光栅的压力灵敏度提高为-42.0am/Pa,是裸栅的17.3倍,可作为恒温时较高压力环境下使用的传感器;经实验结果分析,100℃以下的温度范围内,封装后的FBG受温度影响效应变为裸栅的4倍,反射波长与温度亦具有良好的线性关系。指出非恒温环境下的压力测量应考虑对传感器反射波长随压力变化曲线进行线性修正,以实现对压力的准确测量。     

Interrogation technique using a novel spectra bandwidth measurement method with a blazed FBG and a fiber-optic array for an FBG displacement sensor

A double-arched-beam-based fiber Bragg grating (FBG) displacement sensor is presented. Unlike most interrogation methods by measuring the resonance wavelength shifts, this kind of FBG sensor is proposed to measure the displacement by measuring the FBG's reflective spectra bandwidth using a blazed fiber Bragg grating (blazed FBG) and a fiber optic array. According to the strain distribution on the novel double-arched beam surface, the positive and negative strain will act on only one FBG, which is stuck on the beam surface. Thus, the positive and negative strain will make the spectra broaden as the displacement increases. What is more, the problem of cross-sensitivity in the FBG sensor is solved because temperature only affects the wavelength shift, but not the spectra bandwidth. The reflective signal of FBG sensor will be lead into a blazed FBG and the radiation light from blazed FBG with a certain radiation angle will be received by a fiber optic array, and then recorded by the infrared linear detector (IRLD). Based on the Gauss distribution theory, the radiation light spot size related to the FBG's reflective spectra bandwidth can be determined. Simulation and preliminary experimental results indicate the feasibility of the proposed idea.