双反射峰光纤布拉格光栅调谐与传感研究

介绍了一种基于光纤光栅封装技术的双Bragg波长调谐及传感方案。封装光栅使之产生双反射峰,一个峰对应力更敏感,便于应力调谐,另一个则被温度增敏,更适用于温度调谐。应力调谐时采用了特殊机构,使光纤光栅的张应变与压应变连续并有良好的线性关系,独立调谐范围达5.64nm,温度为23℃至60℃时的独立调谐范围达1.48nm。     

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。     

增敏微型FBG应变传感器设计

提出了一种两端夹持套管封装的光纤Bragg光栅(FBG)应变传感器,其结构包括光纤光栅、夹持套管、尾纤3部分,夹持套管封装的传感器尺寸小,可以改变灵敏度系数,测量精度高,适用于应变较小、受尺寸限制的室内模型试验.测试结果表明:增敏微型FBG应变传感器灵敏度高、低噪、稳定可靠,在标距范围内线性关系良好,线性度均达到0.999以上,制作工艺简单,具有很高的实用价值.     

夹持式封装低温敏FBG应变传感器的设计

设计了一种两端夹持式封装的低温敏FBG应变传感器.利用金属内、外管产生的膨胀差值引起的光栅波长变化量,与热膨胀和热光效应引起的光栅波长变化量抵消,实现温度补偿,金属内、外管隔及隔温套管与夹持支座内部均采用粘结剂连接后实现对光纤光栅的封装.标定试验表明:该传感器的温度灵敏度为0.78 pm/ ℃,是裸光纤光栅温度灵敏度的7.2%,大大降低了对温度的灵敏性,应变灵敏度系数为1.377 pm/ ℃.     

一种基片式光纤光栅应变增敏传感器

针对传统裸光栅直接粘贴式应变传感器应变灵敏度小的缺陷,提出了一种基片式光纤光栅应变增敏传感器,通过设计杠杆增敏结构的封装基片实现对光纤光栅的应变增敏.该传感器具有较大的应变放大机制,其测量精度与稳定性超过了裸光纤光栅.建立了该传感器的理论感知模型,并进行了与有限元仿真分析.由等强度悬臂梁标定实验可得该传感器实际应变灵敏度为6.122 pm/με,与理论结果和仿真结果一致,且线性度达到0.99998.通过动态激振实验对该应变增敏传感器的动态响应进行研究,实验结果表明该传感器能够在0～100 Hz范围内保持一致的增敏效果,能够良好的跟踪动态应变.该传感器在大型机械装备的健康监测与故障诊断方面具有良好的应用前景.     

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.     

FBG应变与温度交叉敏感分离方法研究

应变与温度交叉敏感的分离技术是光纤Bragg光栅(FBG)传感器的关键技术之一。详细介绍了双波长矩阵法、双参量矩阵法、温度参考光栅法、温度补偿封装法等几类应变与温度分离方法的原理,并从应用的角度比较了各自的优缺点和应用范围。     

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。     

基于金属化光纤光栅的温度应变同时测量

光纤布拉格光栅(FBG)传感器具有温度和应变交叉敏感特性,可用于温度和应变的同时测量。金属镀层可对FBG产生温度增敏的作用。针对室温化学固化型义齿基托树脂在凝固过程中同时产生收缩应变和放热现象,本文将化学镀镍FBG与裸FBG相结合,设计出一种新颖的测量结构,实现了温度和应变双参数同时测量。通过深入分析,得到室温固化型义齿基托树脂在凝固后21 min左右放热最大,其最大温度变化ΔT达到12.8℃,收缩的应变Δε为2.61με。该研究成果可为口腔修复治疗提供理论基础。     

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.     

光纤光栅压力传感器及其温度效应研究

根据Bragg光栅方程,讨论了光纤Bragg光栅(FBG)压力传感机理及温度对光纤光栅反射波长的影响;通过裸光栅的罐状聚合物封装,在0～20MPa的范围内,使光纤光栅的压力灵敏度提高为-42.0am/Pa,是裸栅的17.3倍,可作为恒温时较高压力环境下使用的传感器;经实验结果分析,100℃以下的温度范围内,封装后的FBG受温度影响效应变为裸栅的4倍,反射波长与温度亦具有良好的线性关系。指出非恒温环境下的压力测量应考虑对传感器反射波长随压力变化曲线进行线性修正,以实现对压力的准确测量。     

铠装光纤Bragg光栅温度传感器的研究

裸光纤Bragg光栅(FBG)的温度灵敏度约为10pm/℃。在铠装FBG温度传感器中,光栅粘贴于热膨胀系数较大的金属片(如Cu和Al)表面的线槽内。金属片受热膨胀将衍生出光栅的轴向热应变,从而提高光纤光栅的温度响应灵敏度。在采用波分复用技术中的FBG的传感网络方案中,串联的3只光栅均置于温度控制器中。实验表明:当温度从20℃升至80℃时,Cu制和Al制铠装FBG温度传感器的表观温度灵敏度分别约提高34. 3, 42. 7pm/℃,测量重复性分别为2. 3, 2. 8pm。     

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/℃.     

光纤Bragg光栅传感器的解调方法概述

在各种光纤传感器中,光纤Bragg光栅(FBG)传感器是近几年来研究的热点。研究光纤光栅传感器的关键问题是光纤光栅的信号解调,即波长微小移位的检测问题。概述了光纤光栅传感器解调原理,并从响应特性分类角度对光纤光栅的几种解调方法进行了分析比较。     

基于FBG的新型加速度计研究

设计了一种新型的差动式光纤布拉格光栅(Fiber Bragg grating,FBG)加速度计,论述了其传感结构的设计原理、理论分析和有限元仿真。文中设计的主梁与微梁相结合的差动结构形式,克服了传统悬臂梁结构FBG加速度计存在的固有频率与灵敏度相互制约的矛盾,提高了固有频率和灵敏度。同时,为了解决单悬臂梁结构加速度计存在的温度补偿问题,设计了差动式光学检测系统,使该加速度计的灵敏度较传统单悬臂梁结构提高了一倍。理论分析结果表明,该加速度计灵敏度可达到52.7pm/gn,固有频率250Hz。实验结果表明,该结构提高了加速度计的灵敏度,有效解决了FBG加速度计应变和温度交叉敏感问题,实验结果与仿真数据具有很好的一致性。     

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。     

应变和温度同时测量光纤光栅传感器的研究

光纤光栅的出现给一直停滞不前的光纤传感领域带来了新的生机 ,但解决应变、温度的交叉敏感问题 ,实现应变、温度的同时测量一直是光纤光栅传感器的关键问题。从其产生机理出发 ,分析讨论了国内外解决此问题的最新进展 ,并提出了一种新颖的应变、温度光纤光栅传感器系统     

温度自补偿型光纤Bragg光栅土压力传感器设计

针对传统土压力传感器长期稳定性差、抗电磁干扰能力不强以及组网难度大等问题,根据传感器与土介质的匹配原则,设计了一种光纤Bragg光栅（FBG）温度自补偿土压力传感器,可实现温度和土压力2个参量的同时测量.对传感器灵敏度系数、匹配性等参数进行了理论分析计算.根据分析结果,加工封装传感器并对其进行了压力校准和温度自补偿性能实验.实验表明：传感器的输出波长分别与温度和土压力均呈线性关系,压力灵敏度系数为272.19 pm/MPa,输出分辨率为0.36％,线性相关度为99.989％;温度灵敏度系数为21.16 pm/℃,线性相关度99.998％,在0～40℃范围内具有良好的温度自补偿能力,其性能参数符合工程应用要求.     

基于温控Bragg光栅滤波器的光纤Bragg光栅动态应变传感系统

描述了一种基于温控光纤光栅解调的光纤光栅动态高精度应力测量系统.传感光纤光栅的Bragg反射光受到动态应力调制,反射光其后入射到温控光纤光栅滤波器,传感系统通过测量温控光纤光栅的透射光强变化实现了动态应力解调.温控调节温控光纤光栅,使传感系统始终处于透射光强对应力变化最敏感的最佳状态.利用光纤光栅滤波器的大斜率特性,实现了高动态精度的动态应力传感.以简支梁的自由振动作为研究对象,在有效探测简支梁带宽为1～3 200 Hz的谐振频率范围内获得了高达6.7×10-10ε/Hz1/2的动态应力测量精度.