基于温度减敏的光纤Bragg光栅应变传感器

分析了光纤Bragg光栅(FBG)传感器的温度、应变交叉敏感机制,基于等强度梁的变形特点,提出了一种新型的90°楔形传感探头式双光纤光栅矩阵算法,既克服了传统矩阵算法的限制,又有效地消除了光纤Bragg光栅测量过程中温度对应变测量的影响,且由这种结构上的减敏措施,可以求出温度的变化。该方案简单易行,具有实际应用价值。改进封装工艺,可以使得测量数据更加精确。     

光纤傅里叶变换光谱术在光纤光栅传感解调中的应用

介绍了光纤Mach-Zehnder干涉仪的基本原理和光纤傅里叶变换光谱仪(FFTS)的结构;基于光纤Mach-Zehnder干涉仪,采用傅里叶变换光谱算法对光纤Bragg光栅传感器的波长进行了解调。宽带光源发出的光经过光纤耦合器进入光纤Bragg光栅,其反射光由耦合器返回进入到FFTS中进行测量,FFTS的最高光谱分辨率达到0.05 cm-1,即在近红外1 550 nm波长处分辨率为0.012 nm。分别对光纤Bragg光栅的应变特性和温度特性进行了测量。测量显示:光纤Bragg光栅的应变灵敏度为0.833 pm/με,温度灵敏度为19.78 pm/℃。得到的结果表明FFTS系统具有高分辨率、大测量范围的特点,可满足光纤Bragg光栅传感器波长解调的需求。     

分布式Bragg光栅应力测量系统的研究

提出了一种分布式Bragg光纤光栅应力测量系统,利用Bragg光栅作为传感基元,采用宽带光源和可调谐滤波技术对Bragg光栅阵列信号解调,实现分布式应力测量.通过理论分析和实验研究证实了系统方案的可行性,该系统应变测量的分辨率达到了33nε.     

利用双参考光纤光栅的光纤光栅传感解调系统

光纤Bragg光栅是一种波长调制型光纤器件,利用光纤Bragg光栅反射波长对某外界参量(即待测量)的敏感效应,可以研制出光纤光栅传感器.对于光纤光栅传感系统而言其关键技术是如何解调,而在使用可调谐F-P滤波器解调时,只是注意避免光纤光栅的交叉敏感,却忽略了对可调谐滤波器的稳定性考虑.通过对可调谐F-P滤波器性能的分析,利用双参考光纤光栅得出基于可调谐F-P滤波器解调的准分布式光纤光栅传感解调系统,该系统对于外界环境稳定性好,测得数据可靠.     

便携式光纤Bragg光栅波长解调仪的研制

近年来光纤光栅在传感领域中的应用研究日益得到关注，其中光纤光栅波长解调是光纤光栅传感器得到应用推广的关键之一。针对大型建筑结构监测应用领域，研制了一种便携式光纤Bragg光栅波长解调仪。解调仪基于无源比例解调原理，以熔融拉锥器件作为线性滤波器，采用锁相放大技术提取微弱信号，并利用单片机控制光纤Bragg光栅波长信息的采集、显示以及存储。解调仪结构简单、成本低，可实现大量程波长测量。实验表明，该光纤光栅解调仪解调范围达15nm，波长测量精度为12．4pm。     

基于Bragg光栅交叉法在温度补偿中的研究

设计了一种双光纤Bragg光栅交叉粘贴方案来解决光纤Bragg光栅对温度、应变交叉敏感的问题,利用该方案对光纤Bragg光栅应变测量时进行温度补偿.对方案的补偿原理进行了分析,可知当两光栅粘贴的夹角不同时,应变的灵敏度也不同,通过数值计算得出:两夹角为90°时,应变灵敏度达到最高.然后,对该方案进行了可行性实验验证,最终得出结论:设计的方案可以有效地对光纤Bragg光栅在应变测量时进行温度补偿,降低了温度的变化对光纤Bragg光栅反射波长漂移量的严重影响,证明了方案的可行性.     

埋入式光纤布拉格光栅传感器封装结构对测量应变的影响

考虑在实际应变测量中传感器封装形式会影响光纤Bragg光栅测得的应变响应,本文研究了测量应变与实际应变之间的关系。针对埋入式光纤Bragg光栅传感器,建立了应变传递函数,并对传递函数的正确性和各个参数对测量应变的影响进行了研究。首先,根据埋入式光纤Bragg光栅传感器的受力特点,提出了多项式形式的剪应力分布,进一步建立了应变传递函数。然后,利用数值方法和实验对该应变传递函数进行验证。最后,分析了传感器长度、胶结层弹性模量、胶结层厚度对测量应变的影响。计算结果表明:该应变传递函数正确;胶结层厚度越薄,弹性模量越大,越有利于应变传递。该应变传递函数计算误差控制在5%以内,完全满足埋入式光纤Bragg光栅测量精度要求,对其实际应用具有指导意义。     

基于OPC技术的光纤光栅传感器接口程序设计

Bragg光栅传感器是利用Bragg波长对温度、应力的敏感特性制成的一种新型光纤传感器,其光纤光栅传感解调系统采用的接口程序大多是基于DDE技术,稳定性较差.目前主流的组态软件都无一例外地支持OPC技术,如果光纤光栅传感器接口程序也支持这一标准,就能实现光纤传感器与各主流组态软件间无缝连接.该文以武汉某桥健康监测系统的接口程序开发为例,阐述了基于OPC规范的接口程序原理,介绍了接口程序的设计方法和设计过程.     

分离应变和温度的差动式光纤Bragg光栅传感器

作为传感元件，被光纤Bragg光栅测量的物理量的信息是一种波长编码的绝对测量，然而，其本质的限制是对多变量的交叉敏感。实验表明：温度波动严重干扰了应变式光纤Bragg光栅传感器的测量，拉、压应变的标准误差为0.21mn和0．20mn．根据粘贴于悬臂梁上、下表面的光纤光栅的Bragg波长响应温度和应变的差异，分离了应变和温度的耦合信号，拉、压应变的标准误差降低到了0．005mn和0．20nm．根据粘贴于悬臂梁上、下表面的光纤光栅的Bragg波长响应温度和应变的差异，分离了应变和温度的耦合信号，拉、压应变的标准误差降低到了0．05mn和0．07mn．值得注意地是：在该机械补偿方案中，温度检测不是必需的。     

利用光纤双折射效应实现应变和温度同时测量

提出了用相位掩模技术在双折射光纤上刻制光纤Bragg光栅的方法.由于光纤Bragg光栅的双折射效应,当有温度和应变的影响时,可观察到分别对应于快轴和慢轴的光纤光栅反射波中心波长的分离,可得到的最大差值为0.66nm.中心波长的差值随着温度和应变的变化而变化.这种光纤Bragg光栅可实现温度和应变的同时测量.     

基于桥梁结构的FBG传感器温度与应变交叉敏感问题的研究

对光纤布拉格光栅(FBG)传感器在桥梁结构健康监测中产生的温度与应变交叉敏感问题进行了研究。采用参考光纤光栅法在应变传感光纤光栅附近额外加入一个温度测量光纤光栅,对应变光栅实现温度补偿功能。设计了基于参考光纤光栅法的FBG传感器及FBG传感器封装的机械结构,并通过实验来验证FBG传感器的性能。实验数据表明,温度传感光纤光栅几乎不受应变的影响,应变传感光栅的中心波长变化与温度变化呈一阶线性关系,修正后的测量结果更加精确,达到了双参数同时测量的目的,应变与布拉格波长的线性关系非常好,相关系数达到0.99以上。参考光纤光栅法能够很好地解决FBG传感器温度与应变交叉敏感的问题。     

Simultaneous measurement of temperature and strain by combining a fiber Bragg grating and the pigtail fiber covered with epoxy resin

A fiber sensor for simultaneous measurement of temperature and strain based on a fiber Bragg grating (FBG) with the pigtail fiber covered with epoxy resin is presented. The side mode suppression ratio of the FBG will vary with the temperature due to the Fresnel reflection from the interface between the pigtail fiber and the epoxy resin whose refractive index is sensitive to the temperature. The sensor is also capable of simultaneous measurement temperature and strain by combining the Bragg wavelength shift characteristics as the temperature and strain of the FBG.     

压差式光纤Bragg光栅流量传感器

采用文丘里管式节流管和光纤Bragg光栅压强机构设计了一种压差式光纤光栅流量传感器。该传感器中将两根光纤光栅分别粘贴在两个垂直固定于圆筒壁内的等腰三角形悬臂梁中心线上,有效解决了温度与应变的交叉敏感问题,提高了测量精度。实验测试结果表明,光纤光栅流量传感器中布拉格波长漂移量与流量的函数关系为二次曲线,实验结果与理论分析值符合得较好,其相对误差为2.9%。为了进一步减小误差,应选用光纤、粘结剂及波纹膜片三者杨氏模量相近的材料。     

光纤光栅压力传感器的研究进展与趋势

由于在灵敏度、绝缘性、抗腐蚀和分布式测量等方面具有优势,光纤光栅压力传感器在能源化工、航空航天和土木工程等领域中逐渐地受到人们关注,并成为研究热点。通过综述近年来迅速发展的光纤光栅压力传感器的研究进展,介绍了利用光纤布拉格光栅(FBG)轴向应变构建压力传感器的工作原理、结构和特点,并按照光纤光栅安装方式对此类压力传感器进行了分类,同时概述了光纤光栅横向压力传感的实验研究,并对光纤光栅压力传感器的发展趋势进行了述评。     

基于光纤光栅的小热惯量温度场监测实验

为了研究温度传感器测量小热惯量温度场的准确性和即时性,对2ml沸水分别利用水银温度计、热电偶和金属管封装的光纤光栅温度传感器进行测温,所测温度的值分别为94.0℃、95.0℃和98.6℃,三者的响应时间分别为10.0s、8.5s、2.5s。可见,小体积金属管封装的光纤光栅温度传感器测量精度高,响应速度快。并对不同封装工艺的光纤光栅温度传感器的传感特性进行比较,结果表明,对于小热惯量温度场的监测,传感器的封装方式应采用小内径金属管封装方式。     

Fiber Bragg grating temperature sensor for practical use

Fiber Bragg grating (FBG) is a promising measurement technology for future sensor system applications. Little attention has been given to the FBG sensor housing, however it is important that the FBG is embedded in a conventional electrical sensor housing so that it may be installed easily in instrumentation systems. We have experimentally fabricated a practical pass-through type FBG temperature sensor which is embedded in the conventional thermocouple housing. A small radius U-turn fiber spliced to the FBG is placed inside the top of a stainless sheath. Employing a high numerical aperture fiber with polyamide recoating, we have determined that the bending loss of the small radius U-turn fiber and heat resistance is less than 0.1 dB and up to 250 degrees C respectively. The wavelength shift of this sensor due to temperature change is 10.3 pm/degrees C equal to that of general FBG. Consequently the practical use of this sensor has been confirmed.     

用于复合材料蒙皮的FBG正交传感网络研究

为了实现对复合材料蒙皮的结构健康监测与损伤识别,本文在对光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器理论分析的基础上,结合CFRP材料特性和波分复用技术设计了一种由16个FBG传感器构成的光纤光栅正交传感网络布局,对碳纤维复合材料(CFRP)蒙皮进行相关准分布式传感网络研究。通过对复合材料中心位置进行逐级加载实验,并提取中心波长漂移量做相关性分析,证明了正交对称FBG传感网络对CFRP蒙皮进行结构健康监测的可行性,同时对称布局位置处的FBG传感器信号具有高度相关性质,相关系数可高达0.9996。实验结果为进一步研究准分布式FBG网络的位置布局优化以及传感网络的可靠性冗余设计提供了依据。     

一种倾角及温度同时测量的光纤传感器

叙述了一种用于倾斜角及温度同时测量的传感器。该传感器由光纤锥和光纤布拉格光栅构成,当传感器倾角发生改变时引起光纤锥的通光损耗改变,通过测量通光损耗的变化而测量倾角,通过测量光纤光栅的反射波长的变化而实现温度测量,此外光纤布拉格光栅还有提高倾角测量灵敏度的作用。     

光纤光栅空分光复用传感系统的研究

介绍了一种光纤光栅空分复用传感系统,并将光纤光栅的传感特性应用于结构健康检测系统中。宽带光源发出的光波进入光栅阵列时,利用光开关选通不同光路实现FBG空分复用传感系统。系统采用等腰三角形悬臂梁调谐装置对FBG进行挠度加载,利用非平衡M-Z干涉技术对传感信息进行解调,将包含被测应变信息的FBG波长信号转变成相位信号,从而得到被测应变的大小,成功地实现了空分复用传感。该系统可用于静态应变和动态应变的检测,具有高分辨力、大测量范围的特点,其传感分辨率为7.3 nε,灵敏度的实验值为0.82°/με。     

机械系统光纤光栅分布动态监测与诊断的现状与发展

全面论述机械系统的光纤光栅分布动态监测与诊断的概念、主要研究内容、实现方法及国内外最新研究进展。介绍机械系统动态监测与诊断的概念和任务,在此基础上,重点分别介绍面向机械系统的高性能光纤光栅分布式传感器、光纤光栅反射波长高速解调原理与方法、机械系统分布传感与动态监测的原理与方法、基于分布测试数据的机械损伤的识别原理与方法、动态监测与诊断的集成原理与系统设计等。总结课题组近10年来应用光纤传感技术,在重大机械装备监测与诊断方面的研究成果以及国内外相关研究领域的最新进展。