基于盒膜结构的微弯式长周期光纤光栅气压传感器研究

利用长周期光纤光栅(LPFG)谐振光谱随弯曲曲率变化的敏感特性,通过设计特制LPFG-膜盒封装结构,研制了一种基于微弯特性的长周期光纤光栅气压传感器.根据ANSYS数值分析和实验结果表明,在0.02～0.25 MPa 气压范围内,长周期光纤光栅的透射率不断增强,透射谱中谐振峰幅值从16.712 dB降至6.495 dB,与所测气压值之间呈现良好对应关系,并且谐振峰波长也红移1.54 m,气压传感器的灵敏度可达到4.086 8×105 dB/hPa.该传感器系统在所测气压范围内显示出较好的灵敏性和重复性,能够满足气象及飞行器高度监测中对气压测量的要求.     

二维光纤位移传感器

本文介绍了一种新型强度补偿型二维光纤位移传感器。这种传感器的测量探头由３根呈正三角形分布、型号相同的光纤组成，其中两根光纤用于测量探头位置，另外一根光纤提供功率补偿。利用这种传感器，不仅可以测得探头正三角形中心相对于照明光纤中心的位移，还可以进一步给出二维坐标（ｘ，ｙ）。除此而外，这种传感器还可以消除光源功率波动对测量的影响，提高测量精度。     

一种基于结构优化的光纤束压力传感器

对基于结构优化的光纤束压力传感器进行了设计与研究。首先对传感器系统进行了设计;再应用几何光学与优化理论对传感器光纤束结构、传感器探头结构进行优化,对传感器探头采用机械封装;并在优化研究的基础上,对传感器进行仿真试验,分析强度调制函数曲线;最后对传感器施加0.2,0.4,0.6,0.8,1.0 k Pa的外界压力进行检测试验,得出传感器参考光纤与接收光纤输出电压信号变化趋势。试验结果表明:传感器的检测值与仿真值相符,线性度约为3.56%,灵敏度约为0.011/0.1k Pa。研究表明,通过结构优化的光纤束压力传感器具有较好的灵敏度与线性度。     

反射式光纤温度传感器的设计

针对强磁、狭小空间等特殊环境下的液体温度实时检测,利用液体折射率随温度变化规律,结合光在液体中的传播特性,设计了用于液体温度实时检测的反射式光纤温度传感器。在提出反射式光纤温度传感器测温原理的基础上,确定了传感器探头结构,根据光纤纤端光场近似高斯分布的特性建立传感器数学模型,分析了不同参数对传感器输出特性的影响,并搭建传感器实验平台进行静态标定。实验结果表明：在30~120℃的测量范围内,该传感器可以实现对温度的检测,灵敏度为0.71 mV/℃。     

绞合式光纤形变传感器的研究及其应用

研究了绞合式光纤形变传感器的结构特征、传感特性和工作机理,并和其他种类的传感器做了比较,证明了该类型传感器的优越性。运用光纤的微弯损耗理论计算了该传感器的拉伸长度与光功率损耗的关系,通过检测出射光功率可以推断待测物的物理量变化。利用其特点,文中设计了一种能对微小形变进行实时监测的传感器,通过实验观察了传感器的输出量随着微小形变出现了有规律的变化。实验证明该传感器成功地监测了微小形变的变化规律并且不受其他设备的干扰和影响。     

基于光纤传感的内螺纹参数非接触测量

针对传统内螺纹参数接触测量方法的不足,提出采用光纤位移传感的方法实现内螺纹参数的非接触测量。介绍了反射式强度调制型光纤位移传感器的工作原理,讨论了基于光纤传感的内螺纹参数非接触测量方法的检测原理;对光纤传感探头的设计进行了理论分析,并通过实验验证了光纤探头采用双层接收光纤结构的合理性。     

双圈同轴光纤束传感器三维空间输出特性研究

针对航空发动机的实际故障特点,首先,分析了对航空发动机涡轮叶片三维叶尖间隙、包括叶尖表面径向间隙、轴向与周向倾角三维参数的变化信息进行光纤传感检测的需求;然后,针对拟采用的光纤传感器形式——双圈同轴光纤束传感器在反射面相对传感器端面存在径向间隙、空间倾角的情况下建立了三维空间输出调制函数模型,设计了接收光纤虚像端面与入射光斑的交叠面积补偿算法以及接收光纤虚像端面的平均光强修正算法;其次,对建立的传感器输出特性数学模型在反射面平行、仅存在轴向倾角、轴向周向均存在倾角这3种情况下分别进行了仿真计算,并与相同探头参数下的实验结果进行了对比分析;最后,对不同光纤传感器参数下的输出特性进行了仿真。结果表明,新建立的双圈同轴光纤束传感器三维空间输出特性数学模型不仅从理论角度还原出了传感器在反射面三维空间参数变化下的输出特性,还能指导不同三维空间位移测量应用下的光纤传感探头设计工作。     

柔性光纤压力传感器的增敏结构设计

为了提高光纤压力传感器的灵敏度,提出了一种具有倒凹槽结构的柔性光纤压力传感器的设计方案.用聚二甲硅氧烷(P DMS)作为该传感器柔性基底,通过P DMS受力形变,带动光纤发生形变,从而实现光纤的轴向拉伸.利用光频域反射计(OFDR)测量光纤的轴向应变变化.对所提出的增敏结构传感器和改进前的传感器进行Abaqus有限元仿...     

光纤磁场传感器的磁场探头设计

光纤磁场传感器的探头是光纤磁场传感器中最关键的部分，它直接影响到传感器的测量精度。根据光纤传感器的测量要求和磁敏元件(磁光晶体：BiGd：YIG-Y3-x-yBixGdyFe3O12)的工作原理及特点，必须在光纤磁场传感器探头中产生线偏振光，同时为了在磁敏元件加入传感器探头后不至于增加固有损耗，故在探头两端使用了两个光纤准直器。介绍了在探头设计中，各部分的工作原理和结构特点。     

科技新成果信息

多通道光纤位移传感器一种新型的多通道高精度位移检测传感器——多路光纤位移传感器于1993年5月24日通过了由国家自然科学基金委员会组织的专家鉴定。该传感器的主要技术指标为:测量范围±1mm;分辨率为0.02μm;测量精度优于±0.15μm;零点漂移小于0.1μm/小时;工作距离为11mm 或33mm;测量头直径φ3mm。该传感器采用光纤耦合及分光结构,使从被测物体表面反射回光纤的测量光与直接在探头表面反射回的参考光形成共光路干涉结构。用锯齿波驱动电流使     

玻璃钢包装箱气体密封结构及压差控制系统设计与试验

提出一种用于贵重精密仪器公路运输的包装箱。该包装箱由钢骨架及玻璃钢材料制成，具有气体密封性能及压差自动调节能力。阐述了包装箱的箱门、操作窗及穿舱件的密封结构设计；同时介绍了包装箱压差调控气路系统的设计，可随环境温度及大气压的变化自动充气与排气，控制箱体内外压差维持在0.5×10-3～3×10-3  MPa之间；并通过定积容器的充、放气时间计算方法，按照绝热充气与绝热膨胀过程，计算了充气及排气的时间；最后通过充排气试验与保压试验，验证了箱体的压力调控性能及密封性能，为大型气密性包装箱的设计及研制提供了参考。     

基于单片机的火炮膛内瞬态温度测试系统

针对火炮膛内气体瞬态温度测量条件恶劣,技术难度大的问题,设计了一种以蓝宝石光纤传感器为测试探头和单片机为开发平台的测试系统,系统包括蓝宝石高温光纤、耦合器、光电探测器及A/D转换器件。基于P lank黑体辐射定律,分析了系统工作原理,并以单片机为平台进行了系统开发。     

基于虚拟仪器的光纤MEMS法-珀压力传感器复用系统

提出一种基于虚拟仪器的光纤MEMS法-珀压力传感器的空分复用系统,实现了多个光纤F-P传感器的准分布式实时测量。利用虚拟仪器技术,对传感器的反射信号进行采集和相应的处理,从而解调出传感器所受到的压力。传感器的反射信号以及所受压力值都能在图形界面上实时显示并保存。实验结果表明,该系统具有良好的线性、灵敏度和精度,复用能力强,能实现压力的准分布式测量,操作方便,响应速度快。     

光纤位移传感器的研制与应用

讨论了通过控制实现位移的测量和显示，运用单片机作为中央处理器处理数据以及控制系统动作，采用随机型光纤位移传感器和半圆型光纤位移传感器，使用电子线路对光纤位移传感器的信号进行处理和线性补偿，扩大了传感器的测量范围。利用反射式光纤位移传感器的工作原理，通过对反射光强信号的检测，提出了一种用于轧辊磨损度在线非接触检测的光电检测法。     

基于光斑旋转位移光纤传感器的多点监控

为了实现位移传感器的多点监控,设计了5个光纤环组成的光纤传感器,通过减小其中1个光纤环的半径使光纤出射端获得双光斑,当其他4个的任意1个光纤环在外力的作用下产生形变时,会使出射双光斑发生旋转,通过记录和分析4个光纤环形变和输出双光斑的旋转角度之间的关系,获得周围环境人员流动情况。实验表明,光斑旋转角度与传感器位移在一定范围内存在良好的线性响应关系,该传感器可以有效地应用于实际的多点监控中。     

膜片式微型F-P腔光纤压力传感器研究

对基于Fabry-Perot（F-P）干涉仪原理的膜片式微型光纤压力传感器的制作工艺进行了实验研究。在单模光纤端面上直接熔接外径约175μm的毛细石英管,在石英管的另一端制作敏感膜片,从而在光纤端面与膜片内表面之间形成F-P干涉腔。首先采用电弧熔接、切割、腐蚀膜片的方法制作了石英膜片式压力传感器,该传感器在0-3.1MPa压强范围内F-P腔的腔长变化灵敏度为41.09nm/MPa,压强测量分辨率681Pa,并具有很小的温度敏感系数。在30-140℃的温度范围内,温度交差敏感小于1.07KPa/℃。为了克服石英膜片减薄困难的缺点,选用聚合物材料（PSQ）作为压力敏感膜片制作了F-P传感器,室温下在0.1-2.1MPa压强范围内PSQ膜片的F-P腔长变化灵敏度达到 1 886.85nm/MPa,压强测量分辨率达到53Pa。     

面向直驱式风力发电机气隙检测用光纤传感器系统设计

设计了一种面向直驱式风力发电机气隙检测用的光纤传感器系统。首先,基于直驱式风力发电机气隙检测的需要,采用多模光纤原理对光纤束传感器探头进行了结构设计;进而,对光纤束传感器探头中接收光纤圈数,以及影响传感器特性参数的光纤纤芯半径r和入射光纤的数值孔径NA分别进行了仿真分析;然后,为了充分发挥整个系统的最高采集信号,在光纤探头的尾端进行了分束处理设计;最后,在实验室搭建了所设计的光纤传感器系统,并对其进行了静态标定。结果表明,该系统的量程范围可达8 mm,满足直驱式风力发电机气隙检测的需要。      

Zigzag pattern of Brillouin OF sensor for spatial resolution enhancement

Brillouin optical fiber (OF) sensing technology shows superior potential for structural health monitoring with the advantages of distributed strain and temperature measurement, immunity of electromagnetic interference and so on. However most of current commercial Brillouin OF sensing systems have encountered spatial resolution bottleneck, which cannot deal with local high-precision measurement. A zigzag pattern of Brillouin OF sensor is developed explicitly for spatial resolution enhancement in this paper, and a relative zigzag optical fiber sensor is produced and packaged by fiber reinforced polymer (FRP). Their characteristics are studied by using the strain measurement of one small-size uniform strength beam. From the experiments, the zigzag pattern exhibits excellent performance for strain measurement with high-precision and enhances the spatial resolution to a certain degree without changing the Brillouin sensing instrument’s performance itself.     

基于分布式光纤传感技术的结构变形估计方法研究

悬臂板是广泛应用于工程实践的常见结构形式,在航空航天、轨道交通、土木工程等领域均有重要应用,其变形监测问题一直是此类领域重要的研究内容之一.本文将矩形弹性悬臂薄板纯弯曲的一般问题作为研究对象,讨论求解该问题的方法,建立应变与位移的联系,并在线弹性小变形理论框架下,得到结构横向位移的有限差分表达式;采用具有高密度应变测量...     

基于两光斑旋转的光纤传感器的温度稳定性研究

为了研究基于两光斑旋转的光纤传感器对温度变化的灵敏性,设计了一种基于光斑旋转角度调制的新型光纤传感系统。在一根光纤上绕制2个光纤环,通过改变光纤环1的直径使光纤发生宏弯损耗获得2个光斑,将光纤环2置于水温控制箱中,观察温度的变化与出射光斑发生旋转的关系。为了更好地对比,还观察了温度变化与三光斑角度旋转的关系。通过对光纤宏弯损耗及光纤环耦合原理的分析,利用MATLAB对实验数据进行处理,得出了两光斑光纤传感器具有温度稳定性的结论。