关于光纤光栅应力传感及解调的研究

阐述了一种新颖有效的光纤光栅微应力传感及信号解调的方法,将光纤Bragg光栅在微应变作用下产生的波长变化用于传感测量,用一对光纤Bragg光栅进行信号解调,同时进行了温度补偿.理论上分析了传感的原理,实验上得到了线性度很高的响应.研究表明,本传感系统结构简单,操作方便,灵敏度高,可以识别1 με以下的变化.     

基于FBG磁场传感方案的研究

光纤Bragg光栅(FBG)传感技术较其它光纤传感技术有独特的优点,因此更具有研究的价值.本文基于光纤Bragg光栅的应变敏感性和磁性材料的磁致伸缩效应,提出了将光纤Bragg光栅应用于磁场传感测量的方案,并论证了其可行性.     

光纤Bragg光栅水听器的实验研究

根据光纤Bragg光栅的传感原理,提出了一种新型水听器———膜片式光纤Bragg光栅水听器,并对其可行性进行了研究。实验表明:膜片型光纤光栅水听器可准确检测水声信号。     

光纤光栅应变传感特性的研究

叙述光纤Bragg光栅的反射率与栅距，有效折射率和入射波长的关系，用Matlab描述有效折射率和栅距的变化对反射波长的影响。以此为基础阐述光纤Bragg光栅的应变传感原理，并对光纤Bragg光栅的应变传感特性进行实验研究，实验结果与理论分析结果相一致。     

靶式光纤Bragg光栅流量传感器

通过传统流量测量元件的原理、技术和传感结构的研究,在设计中采用了光纤Bragg光栅作为传感元件并选用了靶式传感结构。利用靶式流量计中靶片受力与液体流速成一定函数关系,研制了一种轴封膜片结构的光纤Bragg光栅靶式流量传感器。建立了加载在靶板处的载荷量与该光纤Bragg光栅靶式流量传感器的Bragg波长移位值关系的传感模型;计算出该传感器的理论灵敏度为18pm/Kg;理论分辨率为0.055Kg/pm。并通过砝码干校法实验,测量出了传感器的实际灵敏度16.7pm/Kg,实际分辨率为0.06pm/Kg。     

光纤Bragg光栅与长周期光纤光栅比较及传感应用

阐述了光纤Bragg光栅(FBG)与长周期光纤光栅(LPFG)的常用制作方法、原理、特性,并对它们进行了比较,介绍了目前国内外光纤光栅的最新应用,特别是在传感领域的新应用。对今后的研究方向做了预测,适合于不同用途光纤光栅的写入技术有待于进一步提高,通过减小包层直径来改变光纤光栅特性的方法有待于进一步研究和利用,在折射率传感领域光纤光栅会有更广阔的天地。     

一种耐高温光纤Bragg光栅温度传感器

分析了光纤Bragg光栅在高温段的线性特征,设计了一种高温光纤Bragg光栅的传感探头,并进行了理论和实验研究,结果表明:该传感器有很好的重复性和良好的线性特性。其灵敏度为0.0304nm/℃,是裸栅的3倍,可检测的温度范围为0～230℃,且具有很高的稳定性,经10次等精度测量,其灵敏度值的波动不超过0.06%。可应用于高温环境下测量温度的变化。     

基于相关分析的光纤光栅Bragg波长偏移值测量

在分析光噪声对光纤光栅Bragg波长偏移量测量影响机理的基础上,利用数字信号处理技术中信号的互相关分析对信号噪声的抑制及其在信号时延长度测量中的应用,将光纤Bragg光栅反射功率谱序列等效为信号的一个时间抽样序列,在较强噪声条件下,对基于光纤Bragg光栅的测力传感探头受拉后Bragg波长的偏移量,使用相关分析的方法进行了测量;结果显示,该方法将光纤光栅Bragg波长偏移值的测量波动最大差值由一般方法的90pm降低到了28pm,有效减小了由噪声引起的Bragg波长偏移值的测量误差.     

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。     

基于单片机的光纤光栅解调器

Bragg光栅解调系统是光栅传感器得以实用化的关键。根据光纤Bragg光栅传感器的传感机理,介绍了Bragg光栅解调系统的工作原理,建立了解调系统模型,提出了实现Bragg光栅解调的单片机解调系统,给出了详细的软硬件设计方案。光栅解调系统测量能够精度达到±5pm,重复性最大误差为±8pm。     

Optical low-coherence reflectometry for a distributed sensor array of fiber Bragg gratings

An optical low-coherent interferometric technology for fiber Bragg grating (FBG) sensor array is described. A series of identical FBGs with low reflectivity form a sensor array. The first FBG of the array works as the reference FBG and the others work as sensing FBGs. Each sensing FBG and the reference FBG can form an in-fiber Fabry–Perot (F–P) interferometer with a specific cavity length. By scanning a home-made optical low-coherence reflectometry, the interference signals corresponding to different sensing FBGs (F–P interferometers) can be obtained and well distinguished. The mismatch in wavelength between the reference FBG and a sensing FBG induced by the measurand around this sensing FBG will cause the decrease of the intensity of the corresponding interference signal. A measurement of temperature is demonstrated and good performance is achieved. Factors limiting the total number of sensing FBGs are also discussed.     

光纤光栅型传感器研究热点与方案设计

光纤光栅传感器的应用日益广泛。文中给出了光栅传感器传感原理推导,对各类光栅传感器的热点研究作了总结和阐述,其中也从设计角度提出了多种较为实用的光纤光栅型传感器设计新方案并从理论或实验角度进行了可行性分析。     

光纤光栅传感解调系统控制电路的比较与分析

寻求一种低成本、高性能的光纤光栅传感系统的解调方案是实现光纤光栅传感器实用化的关键技术之一。介绍了光纤光栅传感器的基本传感原理,给出了国内外提出的几种典型的解调方案,并重点分析和比较了其工作机理和性能,最后,总结了几种解调方案的优缺点,指出其发展方向,为光纤光栅传感解调系统的设计提供了依据。     

一种新型的光纤光栅涡街流量传感器

采用电子滤波技术、涡街流量传感技术提出了一种不受温度影响的光纤光栅流量测量系统.通过利用光纤光栅作为敏感元件,解决了传统电流量计的本征安全问题.对涡街流量传感信号的特点进行了理论分析,并采用相应的电子滤波技术,从而避免了光纤光栅传感的温度交叉敏感问题.实验验证该传感器的量程达到25 L/min,精度为±0.5%F.S.理论分析和实验结果表明,该传感系统具有温度不敏感、本征安全、量程大和精度高等优点.     

基于FBG传感器网络的煤矿巷道在线监测系统设计

在掘进和采煤的过程中,巷道围岩的受力情况复杂多变,因此,巷道离层位移和围岩压力的实时监测是保证巷道正常工作的一个重要因素。设计了一种基于FBG传感器网络的煤矿巷道在线监测系统。该系统实现井下700 m数据采集,井上分析处理,可提供时序趋势变化、结构分布变化和阈值报警等功能。根据朱仙庄煤矿巷道的特点,系统安装4只FBG位移传感器、4只FBG土压力传感器和4只FBG温度传感器,对巷道掘进区域的离层位移、围岩压力和温度变化进行在线监测。监测结果表明:系统对离层位移、围岩压力和巷道温度变化反映灵敏,能够有效保证巷道掘进的正常进行,且为后续巷道施工提供数据支持和理论依据。     

用于航天环境的布拉格光栅温度传感器灵敏度与精度研究

光纤光栅温度传感器具有着电隔离、抗干扰、载荷量小等优点,极其适合工程领域的传感测量。目前光纤光栅温度传感器已在我国民用领域得到了广泛的应用,但在其航天领域中的研究才刚刚起步。理论上,光纤光栅传感器是可以应用于航天领域中,但由于太空中不同于地面的复杂特殊的空间环境：低温、真空、辐射等,在应用时必须考虑这些因素对传感造成的负面影响。提出使用金属化技术对光纤光栅进行增敏,制作了金属涂覆增敏的光纤布拉格光栅温度传感器,并研究了其在低温环境下的温度灵敏度与精度,其在低温环境下的温度灵敏度在6pm/°C以上,重复精度约为±1.7°C,可为光纤传感技术在航天领域应用等相关研究提供参考。     

匹配型光纤布拉格光栅波长移动解调方案设计与分析

分析了匹配型光纤布拉格光栅波长移动解调方案的基本原理,构建了光功率与波长偏移量以及光功率与轴向应变、温度变化量函数关系式,绘制了其变化曲线.为波长移动解调方案的实施奠定了理论基础.最后给出了该传感实验系统的实验结果.     

光纤光栅传感技术研究现状及发展前景

在分析光纤光栅传感技术独特优势的基础上,介绍了近年来国外学者对各种光纤光栅解调方案的探索;对光纤光栅分布式传感系统的设计和优化;对倾角、扭矩、流速等传感器的研制;综述了国外光纤光栅传感器在航空航天、建筑物、桥梁等大型结构的健康监测方面以及在能源化工等领域的主要应用实例。最后,讨论了光纤光栅传感器在进一步实用化、商品化过程中面临的困难和需要解决的关键问题,并对其应用前景做了展望。     

FBG振动参数监测试验研究

通过对光纤光栅传感器进行理论分析,建立了由测量光纤光栅传感元件的波长而得到振动参数的理论模型,介绍了测量系统信号处理,并对光纤光栅与加速度计的试验结果进行了比较。     

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.