一种用于低频测量的光纤光栅振动传感器

利用光纤光栅敏感技术,设计了一种用于低频测量的光纤光栅振动传感器.该传感器采用了等强度悬臂梁作为振动传感元件,并在等强度悬臂梁的上下双面优化布置性能匹配的两个光纤光栅,一个为振动敏感测量光栅,另一个为信号匹配滤波解调光栅.该结构设计可以补偿温度的不利影响,同时也提高了传感器信号检测的灵敏度.实测结果表明,该传感器可以用于25 Hz以下的低频目标的振动测量.     

面向机械装备健康监测的振动传感器研究现状

大型机械装备的安全运行关乎国民经济的健康发展,对机械装备进行性能评估和健康监测,保证其安全、高效地运行尤为重要。应力、应变、速度、加速度、位移等振动参量作为评价机械装备运行状态的重要指标,不仅能实时反映装备的运行状态,而且能预测装备的服役寿命。因此,采集必要的结构振动信息成为机械装备健康监测中的重要环节。振动信息的采集主要依赖于多种类型的振动传感器,加速度传感器和应变传感器是机械结构健康监测中普遍使用的振动传感器,其作为诊断机械装备结构损伤的工具,能够精确收集机械装备运行过程中的振动信号。目前,关于振动传感器的研究主要集中在材料的发展、传感器性能的优化以及新技术的引入等方面。无铅陶瓷不仅符合国家的生态需求,还赋予了传感器良好的高温等特性;柔性化压电复合材料的成功研制使传感器实现了轻量化,拓宽了压电传感器的使用范围。传感器性能的优化可以通过传感器电路设计、传感器结构优化等方法来实现。此外,压电晶体的切割方式、寄生电容的存在也分别影响着压电加速度传感器和电容式加速度传感器的灵敏度。印刷技术的发展使得具有柔性基板的应变传感器制作更加方便、快速。光纤光栅应变传感器因其良好的抗电磁干扰、抗腐蚀等优点,在机械结构健康监测中发挥着重要作用。此外,自供电技术、RFID等新技术在振动传感器中的应用,使其实现了无源、低成本的非接触测量。本文综述了机械结构健康监测中常用的加速度传感器和应变传感器的特点及应用,详细分析了压电式加速度传感器和电容式加速度传感器以及电阻式传感器和光纤光栅应变传感器的发展现状,并论述了自供电振动传感器、RFID振动传感器等新型无源传感器的研究进展,探讨了振动传感器的发展趋势及应用前景,可为多种行业的机械装备健康监测提供理论与技术指导。     

基于光纤Bragg光栅传感的轴向柱塞泵非介入式振动测量方法

振动信号是机械设备故障诊断的重要信息来源。为克服传统检测方法需对系统进行拆卸的问题,创新性地利用光纤光栅传感方法对液压泵进行非介入式振动测量,充分发挥光纤传感的抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、稳定性好、测量敏感度高等优点。对光纤光栅振动传感原作了分析,设计、仿真分析了双等强度悬臂梁式光纤Bragg光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)振动传感器,在此基础上利用光纤光栅解调系统和振动试验台对传感器的性能进行实验验证,得到该传感器灵敏度为0.024 nm/(m·s~(-2)),固有频率为185 Hz,并且线性度较好;对轴向柱塞泵模态分析,优化布置传感采样点,实际测量泵的振动信号。研究结果可为液压泵非介入式状态监测和故障诊断提供可靠数据支持。     

一种简易测试光纤光栅应变测量系统的方法

针对光纤光栅应变测量系统应用测试问题,基于悬臂等强度梁应变实验,对比理论计算、光纤光栅应变传感器及电阻应变片的三种应变测量方法,得出光纤光栅应变测量系统具有较好的可靠性和准确性。以国外可靠光纤光栅应变测量系统为参照,提出了简易测量光纤光栅应变传感器和光纤光栅传感分析仪性能的方法。针对准分布式监测问题,主要分析了光分路器对光纤光栅传感应变测量的影响。上述分析为光纤光栅应变测量系统在工程中的应用提供充分依据。     

光纤光栅振动传感系统仿真研究与分析

由于光纤光栅传感器具有灵敏度高、动态范围宽、不受电磁干扰、成本低、体积小等优点,使其在传感领域具有很好的应用前景.光纤光栅传感技术已成为现代传感领域的一个重要研究方向,其在振动传感领域的应用也取得了一定的成就.本文针对悬臂梁式光纤光栅振动传感,将光纤光栅振动传感元件近似为惯性式振动系统,以其数学模型为基础,利用Matl...     

基于大阻尼比的双输出振动传感器

介绍了基于大阻尼比的双输出振动传感器的结构原理和技术性能。将电容传感和大阻尼比动圈传感技术相结合,在一个振动传感器上实现了可同时测量加速度和速度两种振动参量。利用大阻尼比动圈换能技术拓宽了传感器的频率特性和扩大了测量量程,且两种传感输出具有相同的幅频特性和相位特性。给出了系统运动方程,导出了振动传感器测量振动加速度和速度两种参量的频率特性和灵敏度。用此技术研制的双输出传感器可用于土木水利工程的低频和超低频振动测量,为工程振动测量提供了一种新仪器。也可用于强地震观测,弥补了单一强震加速度观测的不足,超低频强震速度测量可获取更加丰富地震信息。     

光纤光栅技术在煤矿安全生产中的应用

目前光纤传感技术应用于矿井安全监控领域以弥补传统传感器存在测量精度低、稳定可靠性差、易腐蚀和易受电磁干扰等不足。本文介绍了光纤光栅传感原理,讨论了光纤光栅传感技术在煤岩动力灾害、矿井水灾和火灾的应用。研究结果表明光纤光栅传感器具有抗电磁干扰、耐腐蚀、测量精度高、易于传输、准分布式测量等特点,在煤矿生产中具有广泛的应用前景。     

钢条封装的光纤布拉格光栅温度传感器

介绍了光纤布拉格光栅传感器测温的基本原理以及一些布拉格光纤的封装方法,在此基础之上探讨了一种新型的布拉格光纤光栅的封装方法即用钢条对布拉格光纤光栅进行封装,并通过实验对祼光栅和封装后光栅的温度特性进行了研究.实验采用了恒温水浴装置,在25℃至70℃温度范围使用了中心波长为1530.5 nm的光纤布拉格光栅进行测量.先进行了祼光栅的测量,在光栅封装之后又进行了测量.实验结果表明,光纤光栅在封装之后温度灵敏度为裸光栅的2.5倍.其线性拟合度达到0.996.     

基于光纤布喇格光栅传感器的精密位移测量

首先对光纤布喇格光栅传感的基本原理进行了分析,并给出了光纤光栅位移传感的基本公式.在此基础上,设计制作了一种光纤光栅位移传感器.采用光纤光栅作为传感元件,利用多波长计进行波长检测,对位移量进行了传感测量.实验中,传感器位移检测范围为0.6mm,其传感测量精度为±43nm,测量分辨率为1.5nm.实验结果具有良好的线性度.     

振动传感器加速度示值测量结果的不确定度评定

随着测试技术的不断数字化、智能化和计算机化,振动传感器成为振动测试中的关键因素,一般可选择加速度来测量振动。本文以某一型号的测振仪为被测对象,选用比较法中频振动标准装置,在一定的环境条件下,对参考频率和参考加速度下的示值进行测量,并对振动传感器加速度的示值误差测量结果的不确定度进行分析和评定。     

FBG应变传感器的动态特性及其应用范围

通过对应变波的传播过程分析，研究了FBG（Fiber Bragg Grating）应变传感器的动态特性，给出了应变波传递到裸FBG上的滞后时间，估算了FBG应变传感器的最高工作频率，并将自行封装的FBG应变传感器粘贴于海底管线模型上进行了振动台试验，结果表明，FBG应变传感器适用于低频振动系统的监测需要，在对低频振动系统的监测中具有良好的工作性能。     

光纤Bragg光栅用于高频应变测试的研究

提出了一种传感部分采用光纤Bragg光栅(Fiber Bragg grating,FBG)传感器的高频应变测试新方法.设计并构建了基于非平衡马赫-曾德(Mach-Zehnder)干涉仪的高频解调系统.完整的测试系统由FBG传感器、高频应变产生装置和解调系统三部分组成.所产生的应变信号的频率可以通过专门的实验装置来控制,这是一种广泛用于测试材料机械性能的变形分离式霍布金逊压杆(Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB)实验装置,应变持续的时间根据与撞击弹性等径的冲锤长度计算.借助高频振动信号研究了测试系统可测信号的频率范围.给出了振动和冲击实验结果,并进行了讨论.所设计的系统可以实时测试动态应变的幅值,实验结果表明,该系统对频率为8kHz以下的信号具有好的响应.     

基于F-P滤波器的光纤光栅振动传感解调系统的研究

光纤光栅传感技术较其它传感技术有其独特的优点,在振动传感中有很大的发展前景。文章提出了一种利用法布里-玻罗腔作为滤波器,将FBG传感振动信号产生的Bragg波长的漂移转化为F-P滤波器透过光强度的变化来传感解调的方法,通过实验验证,可知该方法能克服相位型光纤振动传感器和匹配光纤光栅振动传感器的一些缺点,性能稳定,价格低廉,精确度高,具有较高的实用价值,有望在实际应用中推广。     

光纤光栅传感器在CFRP冲击载荷监测中的应用研究

提出了一种用光纤光栅传感器监测CFRP结构冲击载荷的方法,构建了冲击监测系统。将FBG传感器粘贴于CFRP试件表面构成传感网络,针对不同冲击点,同一传感器监测的冲击响应信号进行分析,CFRP试件的一阶、二阶谐振频率为53 Hz、100 Hz,不同谐振频率对应的幅值随冲击点的改变而不同。冲击CFRP试件,对FBG传感网络感知的冲击响应信号进行小波包分解,获得各传感器的小波包能量谱图。结果表明传感器信号的第6阶小波包能量变化明显,能量大小与冲击点和传感器之间的距离及其夹角有关。研究结果将为CFRP结构的动态监测领域提供了实验参考。     

用于非线性兰姆波检测的高灵敏度宽带光纤光栅传感器

光纤传感器因其灵敏度高,已逐渐应用于超声检测的研究中,但大多数光纤传感器的频带响应范围有限,约为几百k Hz,很难检测到更高频率的信号。所提出的光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器的高频检测范围可以达到4 MHz左右,大大提高了其检测带宽范围。文中将传感器应用于304不锈钢板兰姆波的非线性检测,同时与传统超声换能器的检测结果做对比。实验结果表明,用脉冲波激励信号时,FBG传感器可以检测到钢板兰姆波的基频到五倍频信号,表明FBG在检测兰姆波非线性上是有很大潜力的。     

基于DTFT的一种低频振动信号相位差测量新方法

现有基于DFT频谱分析的相位差测量方法在测量低频振动信号的相位差时，精度明显下降，甚至无法测量，其主要原因之一是忽略了频谱中的负频率成分贡献。基于离散时问傅里叶变换（DTFT），提出了一种计及负频率影响的低频振动信号相位差测量方法，分别给出了加矩形窗和加汉宁窗对应的相位差计算公式。仿真及实测结果表明，在无噪声背景下，该方法具有很高的精度，误差接近双精度运算的下限；在噪声背景下，其测量精度仍高于传统的DFT频谱分析方法。提出的测量方案简单实用，特别适用于频率很低或接近奈奎斯特频率的振动信号的相位差测量。     

Absolute strain measurements made with fiber bragg grating sensors

A strain sensor system based on optical fiber Bragg gratings (FBGs) is proposed with a new matched-filter design. The strain variation on the sensor FBG is continuously followed and matched by a filter FBG by use of a feedback control loop that produces an identical strain condition on the filter FBG. The matched strain on the filter FBG is then determined from the resonance vibration of the fiber piece embedding the filter FBG. The implementation and the performance of the proposed system are described. It is demonstrated that the proposed system can distinguish strain variation on the sensor FBG with resolution of one microstrain.     

Pointwise fiber Bragg grating displacement sensor system for dynamic measurements

A method for setting up a fiber Bragg grating (FBG) sensor which can measure the pointwise, out-of-plane or in-plane dynamic displacement is proposed. The proposed FBG sensor is reusable. A multiplexing demodulation system based on a single long-period fiber grating is used in this study. The experimental results of the steady-state motion for a multilayer piezoelectric actuator and the dynamic response of a cantilever beam subjected to impact loadings are presented. These results indicate that the proposed displacement sensor has the ability to measure the out-of-plane dynamic displacement with high sensitivity. Measurements for a piezoceramic plate excited by high frequency show that the proposed displacement sensor also has the ability to provide the in-plane dynamic displacement up to 20 kHz.