基于平面膜片的高灵敏度光纤Bragg光栅压力传感器

提出了一种新颖的利用粘贴于平面圆形膜片环向上的光纤Bragg光栅来实现压力传感测量的高灵敏度压力传感器。推导了该传感器波长与压力之间的关系,得到了该传感器的压力响应灵敏度的解析表达式。从实验上获得了-4.8549fm/Pa的压力响应灵敏度,是裸光纤Bragg光栅压力响应灵敏度的1618.3倍。该传感器的压力响应具有很好的线性。同时指出,该传感器的压力响应灵敏度随着膜片的大小、材料的力学参量、光纤Bragg光栅粘贴位置的改变而改变。     

FBG可变灵敏度压力传感器设计

为了实现对压力的多灵敏度状态下监测,设计了一种利用光纤Bragg光栅（ FBG）的可变灵敏度压力传感探头。将裸光栅固定在薄膜片中心与下部外壳之间,传感器探头表面的压力通过薄膜片传递给裸光栅,并可通过灵敏度变换阀改变膜片大小从而改变传感器的灵敏度。对薄膜片进行有限元仿真优化计算,得到其变形特性。薄膜片厚1 mm,工作半径分别调节为10,9,8 cm状态下,最大变形出现在膜片中心区域,在0.1 MPa的表面压力作用下,膜片中心处变形分别为3.875,2.561,1.579 mm,裸光栅固定后,对应的灵敏度分别为：38.44,25.62,15.79 mm/ MPa,实现灵敏度变换。     

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...     

新型光纤Bragg光栅微型压力传感器

介绍了一种新型的光纤Bragg光栅微型压力传感器,这种压力传感器采用特殊的结构将作用在光纤横向的压力转换成沿光纤轴向的张力,从而实现对光纤横向压力的高灵敏度测量,传感器对横向压力的灵敏度可达到-4.55×10-3/MPa,比国外同类研究成果高出3个数量级。同时,该微型压力传感器的横向尺寸可做到几百个微米,因此,可以置于很小的空间中对压力进行测量,在工业和军事领域具有广泛的应用前景。     

埋入式FBG混凝土应变传感器特性研究

光纤光栅传感技术在混凝土结构健康监测中具有广泛应用前景。研究了一种埋入式光纤光栅混凝土应变传感器,从力学角度理论分析了埋入式光纤光栅应变传感器的工作原理,并对传感器的结构和制作工艺上展开了详细的分析和有限元验证,并对传感器的性能进行了试验研究,试验结果表明:该结构的传感器具有较好的重复性、一致性和温度补偿特性。     

一种新型FBG微力传感器

设计并制备了一种新型微力传感器。将光纤Bragg光栅(FBG)用聚氨酯封装成柱状,将其一端固定在外壳底板上,另一端和杠杆的一端固定,通过杠杆原理起到对微力的增敏作用。当作用力在0~1.666 N变化时,该传感器的灵敏度为0.952 nm/N,是裸光纤拉力灵敏度的3.81倍。通过改变杠杆比例可以使该结构满足不同的测量范围和灵敏度。     

具有温度补偿的FBG电流传感器研究

采用双光纤Bragg光栅(FBG)和2种不同的解调方法实现对基于电磁力的FBG电流传感的温度补偿,对2种解调方法进行比较。实验结果表明:采用光谱分析仪(OSA)进行波长解调,测量范围为0.35～2.5 A,灵敏度为0.93 nm/A;采用滤波调谐进行光强解调,测量范围为0.30～0.70 A,灵敏度可达到9.6 nW/mA。     

绝缘子保护的FBG温度传感器研究

电力系统的输变电设备长期暴露在自然条件下,电气设备绝缘表面容易劣化,导致输电线路的故障。研制了具有绝缘子保护的光纤Bragg光栅(FBG)温度传感器用于检测电气设备常见发热部分,光纤外表面包覆单片或者多片硅橡胶材料的光纤绝缘子,整个传感器采用室温硫化硅橡胶材料一体成型结构加工而成。绝缘子保护光纤,使得传感器可以实现电气设备高电压下的检测,传感器测温时,测点温度变化会引起FBG反射波长的改变。对具有绝缘子保护的FBG温度传感器进行性能测试,实验采用恒温槽加热并用国家二级精度的水银温度计作为测量标准,对传感器进行20次从20～90℃的升温试验,温度每升高10℃记录一次波长。试验结果表明:传感器的灵敏度系数为10.2 pm/℃,线性度为0.70%FS。     

光纤Bragg 光栅的谐振传感实验研究

利用微悬臂梁对光纤Ｂｒａｇｇ光栅的振动传感特性进行了实验研究,其频率传感范围达到２．５ｋＨｚ,并给出了实验拟合曲线。研究表明：光纤Ｂｒａｇｇ光栅反射波长漂移的扫描平均值△λ对微悬臂梁的谐振频率υｎ响应灵敏。     

基于FBG传感器网络的结构应力定位

工程结构长期受到结构应力的作用,会产生微应变,导致结构的损伤积累和抗力衰减。为对应力进行定位,基于光纤Bragg光栅(FBG)传感器搭建了应力定位系统,通过一种基于参考数据的算法对金属铝板的应力位置进行识别研究。结果表明:该方法具有较高的精度与稳定性,预测误差在厘米量级。     

光纤Bragg光栅温度传感器封装方法研究

封装方法的研究对于光纤光栅应用于温度传感有着重要的意义.封装后的光纤光栅温度传感器必须具备良好的线性度和重复性.提出了一种使用细钢管进行封装的新方法.研究中发现,在封装时通过给光纤光栅施加预张力可以使封装后的光纤光栅温度传感器具备良好的重复性.实验表明:采用此方法封装的光纤光栅温度传感器具有良好的线性度和重复性,具有实际应用价值.     

深度可调式FBG变压器油温传感器研究

油浸式电力变压器顶层油温超过允许限值时表示该变压器处于非正常运行状态。研制了一种深度可调式光纤Bragg光栅(FBG)油温传感器。该传感器中FBG处于悬空状态,其中心波长的变化只受到温度的影响,通过油浸式电力变压器顶部的管座,将该传感器浸入变压器的顶层油中,旋拧铜管外侧的调节螺母以调节传感器浸入变压器油中的深度,对该传感器中FBG的中心波长进行实时监测即可实现对变压器顶层油温的在线监测,反映变压器的运行状态。实验表明:该传感器的灵敏度为9.8pm/℃,重复性误差为1.78%FS,非线性误差为2.4%FS,滞后误差为1.5%FS。     

气体压力式FBG温度传感器设计

针对基于电信号传输的温度传感器难以在石油、化工、变电站等高危环境中做检测的问题,设计了气体压力式光纤Bragg光栅(FBG)温度传感器.采用气体压力式结构,在等强度悬臂梁上下表面的中心轴线上各粘贴一只具有相同敏感系数的FBG,分析了该温度传感器的工作原理,建立了其理论数学模型,并组装了传感器.通过对设计的气体压力式FBG温度传感器进行升降温实验测试,得到传感器的静态性能特性:传感器的线性度为3.59％FS,升温过程中灵敏度为10.14 pm/℃,降温过程中灵敏度为9.99 pm/℃.     

FBG传感器检测电缆中间接头局部放电的温升研究

为及时发现电缆接头的故障隐患,研制了一种安装在冷缩绝缘管中间带铜环的光纤Bragg光栅（FBG）温度传感器,将其应用于3＋1芯、额定电压为1kV、横截面积为25min。的XLPE电缆冷缩中间接头的温度监测。当供电电压分别为5,15kV时,加电40min,有毛刺的中间接头因局部场强升高出现局部放电现象,比正常的中间接头温度分别高2．45,4．31℃。试验结果表明：该传感器能有效监测中间接头的温度,为中间接头是否健康运行提供依据。     

FBG传感器监测钻爆对邻近隧道衬砌结构的影响

新隧道的施工爆破产生的地震波会影响邻近既有隧道衬砌结构的安全和稳定。结合新建碧鸡关隧道实际工程,应用15只光纤Bragg光栅(FBG)表面应变传感器对既有碧鸡关隧道衬砌表面迎爆侧进行了8次爆破和3次列车通过时的应变监测,研究了爆破对邻近隧道衬砌表面应变变化的影响。2010年6月23日爆破药量为129 kg,爆破量为中等,爆破对衬砌表面的应变产生了明显的波动影响,引起传感器在发生爆破前后出现数据突变,应变最大变化量在35×10-6~43×10-6之间。当列车通过碧鸡关隧道时,衬砌表面的应变变化较小,应变最大变化量在9×10-6~12×10-6之间。     

基于FBG的电力杆塔倾角传感器研究

电力杆塔监测对保证输电线路运行安全具有重要意义。对基于光纤Bragg光栅（FBG）的电力杆塔倾角传感器进行研究,底端固定于传感器外壳上的等强度悬臂梁自由端挂有重物,且在等强度悬臂梁两侧对称中心线上各粘贴一个FBG。电力杆塔发生倾斜时,重物带动等强度悬臂梁自由端产生挠度,使FBG产生中心波长移位,对中心波长进行监测即可实现杆塔倾斜角度测量。实验表明：测量小角度（小于15°）时,重复性误差为l％Fs,非线性误差为0．4％FS,滞后误差为0．8％FS;测量大角度（15°-45°）时,重复性误差为1．5％FS,非线性误差为0．77％FS,滞后误差为1．1％FS。     

FBG应变传感器的疲劳性能研究

将光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器埋入树脂基复合材料内部,采用试验的方法研究了传感器的疲劳性能.FBG应变监测曲线变化规律符合复合材料层合板疲劳理论,经历106次循环载荷作用过程后,最大应变测量相对误差为1.11％,保持了良好的应变测试能力和较高的测量精度.实验证明:FBG能够实现对交变应变、应力的监测,具有良好的抗疲劳能力,为重要结构服役过程中的在线损伤监测、剩余寿命预报以及材料破坏失效的预警奠定了重要基础.