基于双材料悬臂梁的光纤光栅应力与温度传感器

设计了一种新型的悬臂梁结构,采用单根光纤Bragg光栅(FBG)实现温度和应力同时测量的传感器方案.传感器使用了由两种有机聚合物材料加工成的等强度悬臂梁,解决了FBG应用于压力和温度测量时的交叉敏感问题.传感器在压力和温度同时作用下,FBG反射谱分裂成双峰结构.通过测量反射谱中的双峰峰值波长达到温度与应力同时测量的目的...     

Rogowski线圈的FBG电流传感器研究

电流是电力设备进行计量、监控和保护的重要参量,对其准确测量是电力系统安全、稳定、可靠和经济运行的保证。研制了一种Rogowski线圈、叠堆压电陶瓷和光纤Bragg光栅组合成的测量大电流的电流传感器。利用Rogowski线圈把高压侧大电流线性地转换为低电压,输出电压加在叠堆压电陶瓷上,由逆压电效应,叠堆压电陶瓷伸缩带动光纤Bragg光栅伸缩,将叠堆压电陶瓷的应变线性转换为光纤Bragg光栅的中心反射波长的移位,增加温补光栅消除环境温度的影响,通过测量光纤Bragg光栅中心反射波长的移位来测量电流的大小。测试结果表明,该电流传感器的灵敏度为0.071 8pm/A,非线性误差为3.47%FS,滞后误差为4.17%FS,重复性误差为4.17%FS。     

Rogowski线圈的FBG电流传感器研究

电流是电力设备进行计量、监控和保护的重要参量,对其准确测量是电力系统安全、稳定、可靠和经济运行的保证。研制了一种Rogowski线圈、叠堆压电陶瓷和光纤Bragg光栅组合成的测量大电流的电流传感器。利用Rogowski线圈把高压侧大电流线性地转换为低电压,输出电压加在叠堆压电陶瓷上,由逆压电效应,叠堆压电陶瓷伸缩带动光纤Bragg光栅伸缩,将叠堆压电陶瓷的应变线性转换为光纤Bragg光栅的中心反射波长的移位,增加温补光栅消除环境温度的影响,通过测量光纤Bragg光栅中心反射波长的移位来测量电流的大小。测试结果表明,该电流传感器的灵敏度为0.071 8pm/A,非线性误差为3.47%FS,滞后误差为4.17%FS,重复性误差为4.17%FS。     

叠堆型压电陶瓷FBG电流传感器

大电流的实时测量是电力系统稳定、安全、可靠和经济运行的重要保证。该文研制了电流互感器和叠堆型压电陶瓷等元件结合的光纤Bragg光栅电流传感器。传感器通过电流互感器将被测大电流转换成直流低电压信号加载到叠堆型压电陶瓷上,在逆压电效应下,叠堆型压电陶瓷发生伸缩变化,带动粘贴在其上面的测量用光纤Bragg光栅发生形变,检测出测量用光纤Bragg光栅和温度补偿光纤Bragg光栅的波长移位,计算出波长位移之差即可反算出被测一次大电流。测试结果表明,此电流传感器的非线性误差为7.27%FS(满量程),灵敏度为0.056 7pm/A,重复性为7.69%FS。     

一种新型光纤Bragg光栅振动传感器的设计

为满足各种工程结构和机械系统的低频测试需求,设计并研制了一种特殊三脚支架和等强度悬臂梁结构的可放大振动信号、增加灵敏度和有较宽工作频带的光纤Bragg光栅(FBG)振动传感器,建立了传感器的数学模型,测试了传感器固有频率、灵敏度、失真系数和横向抗干扰能力等参数.实验表明,研制的FBG振动传感器,其同有频率约为100 H...     

F-P光纤传感器及光纤Bragg光栅传感器应用于光纤智能夹层的研究

本文对嵌入F-P光纤传感器和Bragg光栅光纤传感器的光纤智能夹层进行了研究,实现了对应变的测量。通过对光纤智能夹层的理论分析和试验研究,分析了应变对传感系数的影响,研究了F-P光纤传感器检测的应变与所受的载荷及Bragg光栅传感器波长变化量与应变之间的关系。     

浮子式光纤Bragg光栅密度传感器

针对传统浮子式玻璃密度计测量人为因素影响的缺点,实现了易燃易爆液体密度的本安测量。浮子式光纤Bragg光栅液体密度传感器全部浸没在被测液体中,液体密度导致浮子受浮力作用,等强度悬臂梁发生挠度变化,粘贴在悬臂梁上的光纤Bragg光栅的Bragg波长发生移位,通过与传感器连接的光谱分析仪,得到Bragg中心波长移位量,算出被测液体的密度。通过试验,Bragg波长的移位-密度量为传感器的灵敏度,为1.2pm/kg/m^3,分辨率为0.83kg/m^3/pm。测量范围：0.000kg/m^3至2.459×10^3kg/m^3。     

光纤Bragg光栅温度与应力的测量分析

采用了一种基于等度强悬臂梁的双光纤栅组合法,实现温度与应力的同时测量。选用同一批次生产的参数一致的两根光纤Bragg光栅,将其分别粘贴在等强度梁的上下表面,通过梁上下光栅所受的应力大小相等而方向相反,产生两个反射峰来实现温度与应力的同时测量。通过实验测得光栅温度灵敏度系数为0.1346nm/℃,梁上下光栅误差仅为0.0001nm/℃;应力灵敏度系数分别为0.4085nm/N,-0.4089nm/N,误差也仅为0.0004nm/N。实验结果表明该方法切实可行,制作工艺简单,克服了传统双光栅组合法难以保证测量位置的准确性的缺点。     

用光纤F—P滤波器解调的光纤光栅传感器的研究

报道了用光纤F—P滤波器解调检测光纤Bragg光栅(FBG)Bragg波长移动量，实验了一个可对静态及时变物理量进行检测的FBG传感器系统。该系统对静态物理量的测量结果的相关系数为0．996，对时变物理量的测量分辨率为10．9μ strain。     

碳纤维强化聚合物封装的FBG传感器制备与特性试验

采用碳纤维强化聚合物(CFRP)对光纤Bragg光栅(FBG)进行封装,研制出用于测量混凝土内部应变的FBG应变传感器,分析了传感器轴向应变分布与结构参数的关系.通过在等强度梁和霍普金森压杆(SHPB)上的试验,得到了FBG传感器的静态性能指标和动态响应特性,结果表明,FBG应变传感器线性度≤1%,埋入混凝土结构内的F...     

基于光纤光栅的机器人腕部多维力传感器

为实现机器人腕部等关节受力情况的测量,设计了一种十字型光纤光栅多维力传感器,该传感器由两个圆环及两环间呈90°分布的四个相同的等截面悬臂梁及粘贴于其上的光纤光栅组成.分析了传感器的传感原理并使用ANSYS对传感器进行力学仿真分析;研究了传感器不同部位受力时悬臂梁的应变情况;搭建了实验平台,进行了传感器的标定实验和温度补偿研究;通过对仿真数据和试验结果进行数学分析,得出了光纤光栅中心波长漂移量与传感器的受力关系.实验结果显示,该传感器能准确地测量腕部所受力的大小和位置,误差在1.6％以内,且抗干扰能力强,具有较好的稳定性,能在复杂环境中使用.     

悬臂梁光纤光栅磁场传感器

介绍一种新的磁场传感器的原理,传感元件为贴在等腰三角梁上的光纤光栅。实验上测得该传感器的灵敏度为18．1T/nm,与理论值17．6T／nm相吻合。     

固定载荷下光纤光栅应变传感阵列检测裂缝悬臂梁损伤的研究

介绍了光纤光栅分布式传感原理,推导了悬臂梁受载荷时的应变计算公式,以金属悬臂梁为研究对象,以光纤光栅应变传感阵列为传感工具,实验研究了固定载荷下裂缝悬臂梁的光纤光栅检测的新方法.金属悬臂梁上光纤光栅应变传感阵列粘贴的位置和预制裂纹的位置由有限元模拟确定,固定载荷的加载是在金属悬臂梁的自由端悬挂标准砝码.记录金属悬臂梁在无损伤、一条裂缝、两条裂缝和三条裂缝的光纤光栅应变传感阵列检测到的实验数据,以无损伤的实验数据为初始数据,分别与有损伤的实验数据进行比较,得到悬臂梁在各个损伤情况下的应变变化量,根据应变变化量的不同,确定出悬臂梁上损伤的位置.     

一种拉杆式的光纤光栅应变传感器

提出了一种拉杆式的光纤光栅应变传感器,并进行了理论分析和传感器标定实验研究。传感器由悬臂梁组成弹性系统,将光纤粘贴于悬臂梁内锥形孔内,利用拉杆传递监测对象表面应变变化。实验结果表明,传感器的应变灵敏度为1pm/με,线性度为0.994;温度灵敏度为16pm/℃,线性度为0.996。可应用于高精度要求下的应变测量。     

基于啁啾光纤布拉格光栅的流速传感器

设计了一种基于啁啾光纤布拉格光栅(CFBG)的新型 流速传感器,包括CFBG压强传 感机构和文丘里管。压强传感机构中,密闭铝箔管横截面两边的压力差导致矩形悬臂梁变 形,从而引起粘贴在悬臂梁侧边的CFBG的反射光谱带宽发生变化。通过 检测其带宽,得到被测流体的速度。实验表明,CFBG反射光谱带宽对温度不敏 感,流速传感器的动态测量范围为8~100mm/s,设计方案是切实可行 的。     

基于FBG的飞机起落架载荷测试技术研究

针对某型飞机起落架三向载荷的监测需求,提出了一种采用光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感和多元线性回归相结合的起落架载荷测试方法。通过对起落架进行有限元仿真分析,得到了不同载荷作用下起落架的应变分布,根据应变分布特征确定FBG应变传感器的布片位置,形成应变传感网络。在此基础上,进行了主起落架地面静态载荷标定试验,并通过多元线性回归的方法形成应变-载荷计算方程组,最后对载荷计算方程组进行了验证性试验。研究结果表明,基于FBG的起落架载荷测试方法能有效反算起落架的三向载荷,反算得到的载荷与施加载荷的相对误差在5%以内,满足实际工程应用需求。     

应力测量的光纤光栅调谐技术的研究

光纤光栅波长调谐在光纤传感领域中具有重要意义和实用价值。从理论上分析了基于悬臂梁的光纤光栅波长调谐的基本原理,阐述了等强度悬臂梁调谐技术及其特点。基于光谱分析仪0.1nm的光谱分辨率的测量,实验结果与理论分析一致。实验装置构形简单、成本低,有较好的线性,易于定标和操作。