光纤光栅传感器应力补偿及温度增敏封装

针对光纤光栅温度传感器的交叉敏感问题,提出了一种光纤光栅温度传感器的铝盒封装工艺,并对铝盒封装光栅温度传感器的温度和应力特性进行了理论分析和实验研究.研究表明,该封装有效地减小了光纤光栅的应变灵敏性,并将光纤光栅的温度灵敏度提高到裸光栅的1.8倍.     

光纤光栅金属基片式封装结构及其温度传感特性研究

本文提出了一种光纤光栅金属基片式环氧树脂封装结构,分析了该结构封装光纤光栅的温度传感特性,并进行了实验研究,得出了温度传感灵敏度系数.研究表明该封装结构非常适合制作分布式光纤光栅温度传感器.     

光纤光栅金属化封装及传感特性试验研究

提出了一种光纤布拉格光栅的金属化封装工艺,并通过水浴法试验和等臂梁试验对其应变与温度传感特性进行了研究.结果表明,用金属化封装技术可以使光纤光栅传感器的温度敏感特性达到裸栅的2～3倍,达到23.357 pm/℃,应变特性有良好的重复性,线性拟合度达到0.999 9.     

环氧树脂掺金属粉末嵌入式FBG封装技术研究

针对光纤光栅(FBG)与被测金属构件可靠连接问题,提出环氧树脂掺金属粉末嵌入式封装技术,阐明了该封装工艺,采用纯弯曲梁对裸光纤光栅和封装后的光纤光栅分别进行应变实验,结果表明,经环氧树脂掺金属粉末封装后的光纤光栅传感器应变灵敏度是裸光纤光栅的1.3倍,达到1.53pm/με,具有很好的重复性,该方法提高了嵌入光纤光栅后被测金属构件的机械强度.     

管式光纤光栅温度传感器封装与传感特性研究

介绍了两种管式光纤光栅温度传感器的金属型封装方案,对其温度传感特性进行了实验研究与分析。使用外径5 mm、内径4 mm、长度50 mm的管式结构不锈钢材料对光纤光栅进行探头式保护型封装以及温度增敏型封装,所得探头式保护型封装传感器的温度灵敏度系数为9.86 pm/℃,温度增敏型封装传感器的温度灵敏度系数为29.97 pm/℃,是裸光栅的3倍,表明使用热膨胀系数大的封装材料可获得灵敏度更高的传感器。实验结果表明,两种封装形式的传感器均得到很好的重复性,并没有迟滞现象,线性拟合度都达到0.999以上。     

基片式光纤光栅传感器应变传递分析与试验

为研究基片式光纤光栅传感器传递效率,建立了应变传递模型,对基片式光纤光栅传感器与裸贴式光纤光栅传感器进行了对比试验,得到了传感器中心波长与挠度关系曲线,试验结果表明：基片式光纤光栅具有良好的线性度,应变灵敏度为0.822 pm/10－6,应变传递效率可达89.4%。利用ANSYS有限元软件对基片式光纤光栅传感器进行应变传递分析,有限元分析结果与试验结果一致,证明了模型和计算方法的有效。提出铍青铜基片式封装形式,并建立ANSYS模型,对其传递效率进行计算,计算结果表明：铍青铜封装应变传递性能一般,但对光纤光栅具有良好的防护性能。     

无外力影响光纤Bragg光栅封装温度传感器

双出头光纤光栅温度传感器很容易因传输线路受到外力作用而产生测试误差。为了解决这个问题,针对原型和增敏2种情况,分别提出无外力影响的新型封装方法,有效地阻止了外力对光纤光栅的影响,并在5~95℃进行了灵敏度标定和外力影响试验,同时,对比了在封装管内填充热良导体和不填充热良导体对温度传感特性的影响。结果表明:采用该工艺封装的光纤光栅温度传感器线性度很好,相关系数均达到0.999以上;原型封装的灵敏度与裸光栅一致,增敏封装的灵敏度是裸光栅的2.86倍;填充热良导体后的传感器对温度的响应速度获得提高,而灵敏度和线性度未受影响;当温度不变时,传感器两端受到80 N的外力作用时,波长读数不产生变化,达到了无外力影响的封装效果。     

光纤布拉格光栅的半金属管封装及挠度实验研究

本文提出了一种基于光纤布拉格光栅的半金属管封装方案 ,利用标准悬臂梁进行了挠度试验测量 .结果表明 ,用半金属管封装技术可以使光纤光栅感测的实验值更接近理论计算值 .封装后的实验测量值可达到理论值的94 %以上 ,FBG的挠度传感灵敏度约为± 0 .0 2 ,其对称性亦很好 ,线性拟合度分别达到 0 .995 8和 0 .9977.     

高温再生光纤光栅温度传感器封装技术

针对光纤光栅高温再生后机械强度降低、易断裂的问题,开展了高温再生光纤Bragg光栅(RFBG)温度传感器封装技术研究,提出了一种石英—陶瓷管封装的高温再生光纤光栅温度传感器结构。通过1 000℃高温退火得到了高温再生光纤光栅温度传感器,并对其进行了标定,对其测量精度和高温稳定性进行了测试。结果表明:制得的再生光纤光栅温度传感器反射光谱信号良好,测量精度优于±3℃,1 000℃高温下保持5 h的温度偏差为±0. 6℃。     

光纤布拉格光栅的封装研究

研发光纤布拉格光栅应变增敏新材料，探索新型、实用的封装技术，一直是光纤传感领域具有实际应用价值的课题。南开大学现代光学研究所的王跃等研究人员提出了一种基于光纤布拉格光栅的半金属管封装方案。     

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。     

表面粘贴式光纤光栅传感器的应变传递机理分析与实验研究

金属基底封装的光纤光栅应变传感器具有线性度高、重复性好、易标定等特点,在应用中由于光纤与基体不直接接触,测量的精度取决于粘结胶的特性.在分析FBG应变感知机理的基础上,基于力学仿真设计了金属基底结构,并建立了包含光纤光栅-壳体-粘胶层-基体的四层应变传递仿真模型,制作并利用悬臂梁进行了应变测试,取得了良好的实验结果且与仿真计算误差在0.5%以内.     

智能服装用光纤Bragg光栅的封装研究

介绍了智能服装用光纤Bragg光栅（FBG）的封装方法和前后的温度传感特性对比。FBG将被植入服装中,作为温度传感器测量人体体温,实现对穿着者的健康监护。提出了一种针对智能服装用FBG的封装。通过选择适当的封装材料并进行合理的封装工艺处理,使得封装后的FBG温度传感器的波长变化与人体体温的变化呈现出一种良好的线性关系,其灵敏度为30．3pm／℃。与裸光纤光栅的测试结果比较表明：其温度灵敏度系数提高了约3倍。     

光纤Bragg光栅传感特性的实验研究

针对光纤Bragg光栅的温度和应力特性进行了实验研究。实验结果表明:光纤光栅的Bragg波长随温度和轴向应变的变化呈现出良好的线性和重复性;光栅的涂敷材料、支撑材料不会改变它的线性和重复性,但对其灵敏度有显著的影响。实验结果可以作为对光纤光栅进一步深入研究的参考。     

基于FBG的机器人柔性触觉传感器

为了满足机器人与外界环境、对象发生接触及交互作用时的触觉感知需求,提出了一种基于光纤布拉格光栅（FBG）的柔性触觉传感器．该传感器采用3×3 FBG阵列作为柔性传感元件,聚二甲基硅氧烷（PDMS）材料构成双层柔性基体．介绍了传感器的传感原理并采用有限元方法对其弹性体进行力学仿真分析,基于标定实验平台完成该传感器的静态标定实验．传感器的空间分辨率为25mm,在10mm×10mm载荷施加单元下,对力的感知范围为0～7N,且传感器具有较好的线性度和灵敏度,重复性和一致性良好,力灵敏度为0.16nm/N．实验结果和分析研究都证明了柔性触觉传感器的可行性．该传感器与人体皮肤触感及结构极为相似,且布线简单、抗干扰能力强．     

A flexible encapsulated MEMS pressure sensor system for biomechanical applications

 The use of pressure sensors made of conductive polymers is common in biomechanical applications. Unfortunately, hysteresis, nonlinearity, non-repeatability and creep have a significant effect on the pressure readings when such conductive polymers are used. The objective of this paper is to explore the potential of a new flexible encapsulated micro electromechanical system (MEMS) pressure sensor system as an alternative for human interface pressure measurement. A prototype has been designed, fabricated, and characterized. Testing has shown that the proposed packaging approach shows very little degradation in the performance characteristics of the original MEMS pressure sensor. The much-needed characteristics of repeatability, linearity, low hysteresis, temperature independency are preserved. Thus the flexible encapsulated MEMS pressure sensor system is very promising and shows superiority over the commercially available conductive polymer film sensors for pressure measurement in biomechanical applications. Received: 1 December 1999/Accepted: 17 August 2000     

分布式光栅传感网络的高精度温度控制系统设计

针对分布式光栅传感网络中由于制作工艺和预应力等因素导致的中心波长不匹配问题,设计了基于半导体制冷器（TEC）的温度控制系统,提高了解调系统的解调范围和精度。基于ARM＋LTCl923＋高精度DA的系统构架实现了同时对多路TEC温度的精确控制,达到了调节分布式光栅传感网络中作为参考的每路光纤Bragg光栅（FBG）中心波长的目的,使得各参考光栅与其相应的传感光栅中心波长得以匹配。实验结果表明：该系统可重复性良好,并在一定的温度范围内有较高的调控精度。     

耐高压FBG压力传感器实验研究

为了提高光纤Bragg光栅（FBG）的压力灵敏度以实现油气井下高压传感的测量要求,设计了一种以薄壁筒为衬底外加保护套的耐高压FBG传感器。将FBG沿着弹性筒的轴向用高温胶固化在筒的内部。由于外界油压将引起弹性筒轴向压缩并传递到FBG上引起FBG波长的变化,测量FBG波长的变化即可得到外界压力的变化。理论得到传感器的压力响应灵敏度为-0．035nm／MPa;0-40MPa压力范围内压力实验测得传感器压力响应灵敏度为-0．0339nm／MPa,线性拟合度为0．9997,理论和实验符合得很好。结果表明：该传感器性能稳定,线性度和重复性好,可以用于油气井下高压的实时测量。     

一种新颖的光纤Bragg光栅小电流传感器设计

利用光纤Bragg光栅的应变传感原理设计了一种新颖的小电流传感器,通过检测光栅反射峰峰值波长的位移来实现小电流的检测.实验结果表明,室温下检测电流在10 mA～10 A范围内时,传感曲线具有良好的线性,且测量值与理论值较吻合.与微弯效应光纤电流传感器相比,该方案具有更好的稳定性和较高的精度.