改进型双光栅矩阵运算光纤光栅传感器

在光纤光栅传感器的应用中一直存在着交叉敏感问题,必须采取各种措施进行补偿或区分。 在悬臂梁的上下两面分别粘贴光纤光栅,通过分别测量这两个光栅的波长位移的改进型双光栅矩阵运算法来克服交叉敏感问题。该方法只需要一套光源和检测系统,装置简单,具有较低的成本和实际应用前景。     

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.     

光纤光栅流速传感器的设计和实验

本文通过实验验证了一种新型的测量液体流动的流速传感器。液体流动的力作用在小圆盘上,导致悬臂梁的扭曲变形。将布拉格光纤光栅植于悬臂梁上。通过检测布拉格光纤光栅波长漂移,就可以得到液体流速。实验结果显示了这种传感器的可行性。实验实现的测量范围为0--120cm／s,测量精度最高可达到5cm／s。同时,本文提出了通过改变传感器的材料可以扩大测量范围。     

光纤布拉格光栅应变传感器的低温特性

研制了一种新颖的菱形光纤布拉格光栅（FBG）低温传感器。采用有限元方法分析了这种结构的力学性能和温度特性。将该装置置于低温（液氮）拉伸设备中，实验研究了这种封装形式的低温应变特性。采用光纤布拉格光栅网络分析仪和低温应变仪，分别测量了液氮温度下菱形应变传感器的波长变化量和应变变化值，测得其应变系数为-0．7185μe／pm，线性度达到0．9998。     

带温度补偿基于薄壁圆筒结构的光纤光栅压力传感器

阐述了一种带温度补偿、基于薄壁圆筒结构的高量程光纤光栅（FBG）压力传感器.薄壁圆筒直接作为弹性体,在压力作用下产生轴向位移来拉动压力敏感光纤以实现压力传感;通过被动温度补偿和残留温度效应主动实时修正来共同消除薄壁圆筒和压力敏感FBG的温度漂移;同时,对带温度补偿的FBG压力传感器的温度稳定性进行了讨论,给出了理想情况下该系统可达到的最优温度稳定性及决定因素.研究结果表明：基于30CrMiSiA材料管道结构的FBG压力传感器可以进行压力传感,其重复性为0.505 2%;回程误差为4.006%;线性度为0.285 5%;传感器精度为±2.639 8%;基于温度补偿进行温度去敏也有很好的效果,在-30～100℃范围内,该系统的温度稳定性因子为9.079 6%;随着实验温度范围减小至0～60℃,系统温度稳定性因子也减小至4.0%.     

光纤光栅传感器在建筑施工中的应用研究

光纤光栅传感器是一种新兴的传感器,文章主要介绍了其传感原理和特点,分别论述了光纤光栅温度传感器和光纤光栅应变传感器在建筑施工中的应用场合,介绍了典型的应用实例和各自的工作原理,找到了光纤光栅传感器在建筑施工应用方面的关键技术难点,并对这两个技术难点提出了解决方案,最后指出了光纤光栅传感器在建筑施工方面应用的前景和发展方向。     

基于双折射效应的光纤光栅称重方法研究

与通常的光纤光栅传感器原理不同,本文基于光纤在外界径向载荷作用下产生的双折射效应为原理,建立了一套简单的称重实验装置,并对其检测原理进行了详细的分析。实验表明,这种光纤光栅称重传感器适合大载荷情况的重量检测问题,特别适合于公路计重收费系统中对车辆载重的监测领域,其称重灵敏度可达5kg。     

基于LabVIEW的光纤光栅传感监测软件

基于Lab VIEW的光纤光栅传感监测软件,可以实现数据采集、存储、显示和报警等功能。该软件界面清晰易懂、使用方便、功能扩展性强、运行稳定,可以在安全监测方面发挥重要的作用,同时推进了光纤光栅传感器在生活中的应用。     

双光纤光栅高频加速度传感器的研究

研制了一种新型双光纤光栅加速度传感器,并对该传感器的工作原理和基本特性进行了理论分析,实测表明,这种新型双光纤光栅加速度传感器可在5?2000Hz频率范围内获得稳定的振动信号。这不仅解决了传统悬臂梁FBG加速度传感器难以实现高频振动测量的问题,而且具有温度自补偿、谐振频率高、使用方便等优点,在高频测量中具有广阔的应用前景。     

混凝土结构的光纤光栅智能监测技术

根据混凝土结构的内部应变监测需要，提出了光纤光栅管式封装应变传感器，并对其传感特性进行了研究；探讨了光纤布拉格光栅传感元件在混凝土结构中的布设工艺，并用光纤光栅监测了水泥净浆的固化过程；用管式封装光纤光栅与裸光栅对钢筋温凝土梁进行了应变监测；最后将光纤光栅传感器成功地应用于黑大公路大桥。     

人体测温光纤光栅温度传感器的研制

针对医疗行业对人体测温的需要,研制了一种以裸光纤Bragg光栅为传感元件的光纤光栅温度传感器,并对其温度特性进行了研究.采用恒温水浴对工作波长为1 557 nm和1 547 nm附近的2只光纤光栅传感器进行温度定标.结果表明,在34～48℃范围内,光纤光栅的中心波长随温度的变化呈现良好的线性关系,相关系数分别为0.998 3和0.997 4,光纤光栅温度传感器的测温标准偏差分别为0.239℃和0.245℃,可应用于医疗中人体温度的实时监测.     

毛细铜管封装的内嵌式镀金光纤布拉格光栅温度和应力传感器

为了实现复杂、恶劣环境下工程机械表面无损的应力监测方式,实现对大型工程机械的实时动态监测,提出了基于磁控溅射技术的光纤布拉格光栅(FBG)应力传感器封装方法。并对完全嵌套(整个栅区嵌套毛细铜管)和两端嵌套(栅区两端嵌套毛细铜管)两种封装方法开展了研究。从理论分析和有限元仿真的角度比较了传感器的增敏效果,前后结果一致。制备了传感器实物并进行了温度、应力和对比实验。仿真实验结果表明,该模型下FBG传感器能提高约7.5%的灵敏度。温度实验表明第二种封装结构的温度反馈相关系数R2达到了0.99948,在30℃～80℃范围内呈现良好的线性度;应力实验的相关系数R2也达到0.99924,灵敏度为6.14 pm/MPa,在该实验搭建的解调系统下精度达到0.05 MPa,可以快速、精确地解调应力。对比实验表明,光栅解调仪组成的监测系统比应变片组成的监测系统具有更高的精度,最大偏差值减小了59.8%。嵌套毛细铜管的金属化方式结合有机胶固定的封装结构简单、灵敏度和精度高,可以满足大型工程机械表面无损实时健康监测的需求。     

基于内埋光纤Bragg光栅传感器的复合材料固化过程监测

为了全面了解复合材料的固化特性,在对碳纤维增强树脂基复合材料固化变形进行数值仿真分析的基础上,将自行设计的光纤Bragg光栅（FBG）传感器埋入复合材料中,实时在线监测复合材料固化过程中温度和应变的演变。预浸料铺层方式为[0₁₁/90₁₁],分别在层合板0°和45°方向的典型位置埋入FBG温度和应变传感器,采用热模压方式固化成型复合材料层合板,并对成型后的层合板进行连续2次降温处理,实时记录固化过程中FBG传感器中心波长的变化。结果表明:在相同的温度条件下,复合材料在第1次降温初始阶段的压应变绝对值明显小于在第2次降温初始阶段的压应变绝对值,表明复合材料在第1次降温过程中仍在进行FBG传感器可检的“后固化”反应;此外,层合板变形的FBG传感器监测数据与有限元模拟结果吻合良好。因此,采用内埋FBG传感器的方法能够实时监测复合材料固化过程,为更全面地分析复合材料固化特性提供了一种可靠有效的方法。      

用于钢筋混凝土梁的光纤光栅应变传感器

在变形测定器中,光纤Bragg光栅被粘贴于内管的两端,这两端的距离确定了传感器的量规长度。为了测量拉应变和压应变,该光纤光栅必须保持处于与可能的最大压应变相等的永久性拉应变。将光纤Bragg光栅贴于H154梁的混凝土表面和H158梁的钢筋表面,以分别检测拉应变和压应变。当钢筋混凝土梁受到千斤顶的加载时,它的应变可由光纤Bragg光栅的反射Bragg波长的偏移量获得。实验表明,作为一种绝对检测器件,光纤Bragg光栅为钢筋混凝土梁提供了有效监测,其中,拉应变~1000me,而压应变~1500me。     

Hydrogen sensor based on side-polished fiber Bragg gratings coated with thin palladium film

A new type of hydrogen sensor based on a side-polished fiber Bragg grating (FBG) coated with thin palladium film was demonstrated experimentally. The used FBG with the reflectivity of 90% is fabricated in a hydrogen-loaded single-mode fiber (SMF-28) by using the phase mask writing technique of a KrF excimer laser. The experimental results show that proposed sensor can be applied for hydrogen concentration measurements.     

Fabrication and shape detection of a catheter using fiber Bragg grating

Considering the spatial position and shape detection properties of the fiber Bragg grating (FBG) curve sensor used in the human body, the positioning accuracy of the FBG curve sensor plays a major role in the pre-diagnosis and treatment of diseases. We present a new type of shape-sensing catheter (diameter of 2.0 mm and length of 810 mm) that is integrated with an array of four optical fibers, where each contains five nodes, to track the shape. Firstly, the distribution of the four orthogonal fiber gratings is wound around a nitinol wire using novel packaging technology, and the spatial curve shape is rebuilt based on the positioning of discrete points in space. An experimental platform is built, and then a reconstruction algorithm for coordinate point fitting of the Frenet frame is used to perform the reconstruction experiment on millimeter paper. The results show that, compared with those in previous studies, in 2D test, the maximum relative error for the end position is reduced to 2.74%, and in 3D reconstruction experiment, the maximum shape error is 3.43%, which verifies both the applicability of the sensor and the feasibility of the proposed method. The results reported here will provide an academic foundation and the key technologies required for navigation and positioning of noninvasive and minimally invasive surgical robots, intelligent structural health detection, and search and rescue operations in debris.The full text can be downloaded at https://link.springer.com/content/pdf/10.1007%2Fs40436-019-00284-z.pdf     

纤维复合材料层合板内埋光纤光栅传感器的保护技术

内埋的光纤Bragg光栅（FBG）传感器的存活率及测试精度是其在线监测纤维增强树脂基复合材料制备和服役状态的重要前提。采用[90₁₁/0₁₁]的碳纤维预浸料铺层方式,在层合板0°和45°方向的典型位置埋入FBG温度和应变传感器,采用模压成型工艺制备复合材料层合板。在异向铺排（光纤光栅方向与碳纤维方向不同）的45°方向光纤光栅传感器内埋于碳纤维预浸料层间的过程中,对其采用4种不同的保护方式。通过对比实验结果发现:当对异向铺排的FBG传感器不采取保护措施时,在加热加压复合材料时光纤光栅容易失活;整层铺设同向预浸料以保护异向铺排的FBG传感器的方式改变了具有特定铺层参数复合材料的力学性能;采用窄长条同向预浸料上下包埋保护FBG传感器的方式增大了应变光栅测量结果的系统误差;采用窄长条同向预浸料上下包埋并在邻近铺层开凹槽的保护方式能明显提高内埋光纤光栅的存活率及测试精度。      

Temperature compensated fiber Bragg grating using fiber reinforced polymeric composites

Abstract

The thermal drift coefficient of the Bragg wavelength of fiber Bragg grating (FBG) is unacceptably high when the FBG is used as a wavelength reference or a wavelength‐selective passive component, especially in a dense wavelength division multiplexing (DWDM) system. A light, small and robust carbon fiber reinforced polymeric composite structure is proposed to compensate for the temperature induced wavelength drift in FBG. It has been shown to be able to reduce the temperature induced wavelength shift of a fiber Bragg grating from 10 pm/°C to below 1 pm/°C. Stability in long term performance over a two month period has also been demonstrated. A fabrication route that leads to optimal compensation performance has also been proposed.     

取样光纤布拉格光栅特性的研究

用传输矩阵法从理论上计算了取样光纤布拉格光栅的反射谱特性。这种方法将光栅视为多层均匀薄膜的叠加,利用每一层的传输矩阵相乘获得了光栅的反射谱特性。研究表明,随着光栅长度的增加和采样率、折射率调制深度的减少,反射峰的均匀性得到了改善,旁瓣的反射率变小,带宽明显变窄,而反射峰间隔保持不变。反射峰的间隔由光栅周期决定,与采样率无关,而某些文献则要求采样率小于10%。这与频谱分析所得结论相吻合。