沥青路面动水压力光纤传感测量研究

基于光纤Bragg光栅（FBG）传感原理,设计了一种动水压力光纤传感器,介绍了其压力传感原理,并推导了该传感器波长漂移与压力之间的关系。通过室内试验,对动水压力光纤传感器进行了标定,传感器的压力灵敏度为6．0255nm／MPa。现场测量试验表明：在车辆以20-80km／h的速度行驶时,动水压力作用时间在0．04—0．016S。随着车速增加,动水压力存在时间越短。动水压力数值随着车速的增大而增加,车速为20km／h时,动水压力为0．085MPa;80km／h时,动水压力达到0．234MPa。     

光纤Bragg光栅压力传感特性研究

提出了以半导体硅材料作为光纤Bragg光栅(FBG)衬底的FBG压力传感密封型结构,并对其压力传感特性进行了研究,结果表明:FBG的中心反射波长漂移对压力呈现良好的线性响应特性,在0~35MPa的测压范围内,压力调谐灵敏度为0.034 nm/MPa,有良好的机械性能和稳定性能。通过对实验数据的拟合分析表明:采用这种材料,其中心波长和压力变化有着好的线性拟合度和重复性,且迟滞很小,它们的相关系数都达到0.99,在光传感领域具有实用价值。     

一种新颖的布拉格光栅气体压力传感器的设计与实验

设计了一种将光纤光栅悬空固定结构的气体压力传感器,利用金属不锈钢菱形结构将波纹管中的压强转化成该菱形结构的应变,同时实现将菱形纵向分布的压力转化成菱形横向的应变,通过菱形结构应变直接被传递给光纤光栅,从而实现了测量波纹管内压强的目的。实验结果表明,在0～0.45 MPa范围内,光纤光栅中心波长的漂移与波纹管中的压强呈很好的线性关系,线性度可达0.99以上.在压力测量范围内,压力灵敏度系数达到1.360×10-3/MPa(相当于灵敏度2.111 nm/MPa)。     

一种改进型光纤压力传感器设计

针对现有光纤压力传感器压力监测范围小、灵敏度低、成本高的问题,设计了一种改进型光纤压力传感器。在悬臂梁粘贴一支应变光纤光栅,悬空一支温度光纤光栅（使其不受应力）。悬臂梁下方的限位罩将弹簧、波纹管压罩、波纹管罩于其内部,限位罩内侧上平面与弹簧上平面接触,弹簧下平面与波纹管压罩接触。当外界压力通过波纹管底部的管道到达波纹管时,高压使其产生轴向的形变,进而压缩弹簧,最终弹簧发生形变,将力传至悬臂梁,改变应变光纤光栅的受力情况。在单层波纹管增加了劲度系数更大的弹簧,以限制外界产生压力时单层波纹管发生形变,使波纹管与弹簧共同传递压力到悬臂梁。实验结果表明：改进后传感器的压力监测量程为0～5 MPa,相比改进前提升5倍,传感器的灵敏度为0.379 98 nm/MPa,测量误差在0.02 MPa之内。将改进后的压力传感器应用于某井下输水管道进行验证,结果表明：与高精度电子压力计测量结果相比,该传感器的压力解调误差在0.02 MPa之内。     

实用的在线光纤电流传感器

提出了一种由磁致伸缩材料管和光纤光栅构成的新型光纤光栅电流传感器。实验结果表明该传感器有良好的线性响应 ,并且不受磁滞效应的影响。波长漂移对线电流的灵敏度为 0 .0 0 0 74nm/A     

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。     

FBG位移传感器的标定与不确定度分析

为了提高光纤Bragg光栅(FBG)位移传感器标定精度和实现自动标定,设计一种量程为18 cm的FBG位移传感器校准装置对FBG位移传感器进行在线校准.通过对FBG解调仪测量的波长量和计算得出的位移量进行最小二乘法拟合得到FBG传感器的静态标定系数,并对标定装置和传感器进行不确定度评定.实验结果表明:FBG位移传感器标定平台标定得到FBG位移传感器的灵敏度为0.0145 nm/mm,线性度为99.87％,重复性误差为0.082％,校准装置的测量不确定度为0.11 mm.     

考虑温度影响的砷化镓光子晶体压力传感器的设计与研究

提出了一种由双通道滤波器构成的砷化镓光子晶体压力传感器,利用波导与腔耦合实现窄带滤波,双通道分别实现压力探测和温度探测的功能。以室温25℃、0压力的情况作为参考,在温度为-25~45℃、压力为0~2GPa的范围内,根据滤波器的滤波波长分别与温度和压力之间的线性变化关系,探测温度和压力。同时还分析并比较了极端温度情况下滤波波长的变化,确定温度变化对压力测量造成的影响,在较恶劣的情况下温度变化不可忽略。分析得出未考虑温度响应的压力灵敏度约为16.6nm/GPa,消除温度响应后压力灵敏度约为15.9nm/GPa,品质因子高达5696。     

基于电磁力的FBG电流传感器研究

利用通电螺线管与永磁铁之间的作用力,提出了一种测量电流的方法.光纤Bragg光栅(FBG)在永磁铁的牵引下发生轴向应变,引起Bragg中心波长的漂移,通过解调中心波长漂移量对电流进行测量.实验中采取多匝数螺线管和小电流来模拟大电流,对0-3A的直流电流进行了测量.实验结果表明:中心波长漂移量与电流有很好的线性关系,线性...     

具有温度补偿的膜片型光纤光栅温度压力传感器

阐述了具有温度补偿结构的膜片型光纤光栅温度压力传感器。传感器以弹性膜片为感压元件,在压力作用下产生轴向位移来压缩压力敏感光栅以实现压力传感;通过结构温度补偿消除压力敏感光栅的温度漂移,同时串入感温光栅进行实时修正并实现温度测量。对传感器的压力和温度特性进行了测量。试验结果表明:压力灵敏度为528 pm/MPa,温度灵敏度为8 pm/℃。     

微型光纤光栅土压力传感器量程及其过载能力分析研究

为定量分析压力传感器的测量量程及其过载能力,提出一种微型光纤光栅土压力传感器并构建其气压标定系统。对微型光纤光栅土压力传感器进行理论分析得其灵敏度为7.5 nm/MPa,测量量程可达1.06 MPa。而分析光纤光栅土压力传感器性能测试数据得:该传感器压力灵敏度为5.9 nm/MP,线性度为99.93%,可测量实际量程为225 kPa,过载能力上限值为300 kPa。研究结果可用于指导设计规定量程的光纤光栅土压力传感器,具备一定应用价值。     

Simultaneous measurement of temperature and force based on a special-strain-function-chirped FBG

A novel scheme for simultaneous measurement of temperature and force based on a special-strain-function-chirped fiber Bragg grating (FBG) is presented. A specifically designed cylinder tapered cantilever beam (CTCB) can provide special strain distribution function to modulated the FBG's reflection spectrum. The feasibility of the special-strain-function-chirped FBG as sensor for simultaneous measurement of temperature and force was validated. Experimental results match the theoretical results well. The force sensitivities to the bandwidth and central wavelength of the FBG are 0.344 nm/N and 0.408 nm/N, respectively, and the temperature sensitivity is 0.078 nm/°C.     

旋转式FBG粘度仪的研制

为测量液体的粘度,设计并研制了一种基于旋转式的高灵敏度且抗电磁干扰的光纤 Bragg光栅（ FBG）粘度仪。该粘度仪传感器部分由弹性空心圆柱体与定子相连接组成,光栅贴于弹性空心圆柱体内壁。经计算得,该粘度仪的灵敏度为80 pm/（Pa·s）。用蜂蜜和食用油进行实验,在旋转速度同为120 rad/min的条件下,测得的平均动力粘度分别为10.15 Pa·s与6.6 Pa·s。实验结果表明：旋转式FBG粘度仪的测量结果在合理范围以内。     

基于腰椎放大熔接的FBG热线式风力计

提出了一种基于腰椎放大熔接和光纤Bragg光栅（ FBG）的热线式风力计,传感结构由表面镀金属银膜的FBG和腰椎放大光纤熔接点构成。腰椎放大熔接点将高功率的泵浦激光由纤芯耦合到光纤包层,被镀银膜吸收产生热量,从而使FBG的温度升高。当气流经FBG时,部分热量会被带走,导致FBG的温度降低。FBG的中心波长随温度的变化而变化,因此,通过测量FBG波长的漂移即可以测得气流速度。实验结果表明：此FBG热线式风力计的测量范围为0～13.7 m/s,灵敏度和分辨率分别可达1.0 nm/（ m/s）和0.001 m/s。     

基于长周期光栅滤波的全光纤光纤光栅传感器研究

设计了一种全光纤传感测试系统,采用长周期光纤光栅作为边带滤波器,对光纤布拉格光栅的传感信息进行解调,结合高信噪比的光电测量系统,传感测量的波长检测灵敏度为１．９４ｄＢ／ｎｍ,波长测量分辨率可达０．０５ｎｍ。     

差动式杠杆增敏结构FBG倾角传感器

研制了一种差动式杠杆增敏结构光纤Bragg光栅(FBG)倾角传感器,轻质杆通过杠杆增敏加压原理把质量球的倾斜量转化为悬臂梁的挠度变化,最终引起FBG波长的变化.推导了其数学模型,根据理论计算的数据加工传感器,并对该传感器进行了倾角标定实验和重复性实验.实验结果表明:FBG倾角传感器量程范围-40°～40°,倾角传感器的灵敏度为28.6 pm/(°),拟合度R2为0.997,重复性为0.92％.