基于双光纤光栅的高灵敏度低频加速度传感器

针对低频振动信号的高精度测量需求,设计了一种基于双光纤光栅的变宽度椭圆铰链式低频加速度传感器.首先建立传感器的结构模型,理论分析了传感器的振动响应特性,给出该传感器的谐振频率及灵敏度的公式.随后搭建了传感单元的数学模型,对传感单元结构的关键尺寸参数进行了优化.另外,利用有限元仿真验证了理论分析结果,最后加工制作了传感器...     

一种大量程光纤布拉格光栅位移传感器

光纤光栅位移传感器具有精度高、本质安全、体积小和易复用等特点,但受到敏感材料的局限,大量程光纤光栅位移传感器很难获得。针对该问题,提出并实现了一种大量程的光纤光栅位移传感器,其采用行星轮系与粘贴光纤光栅悬臂梁相结合的结构,通过变换减速比来获得各种大量程;利用有限元分析法对传感器悬臂梁材料和结构进行了优化设计,研究了不同量程时该类传感器的输出特性。结果显示,该传感器输出信号的波长漂移量与位移量有着很好的线性关系,最大量程可达2 000mm。     

光纤光栅振动传感器结构设计研究

传感技术是衡量一个国家信息化程度的重要标志。振动信号的检测在工业尤其在石油勘探方面有着重要作用。其中,基于光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)的振动传感器具有诸多优点而备受关注。简单介绍了FBG振动传感器的原理,并根据结构类型对近几年研发出的FBG振动传感器进行了分类和总结。阐述了四种FBG振动传感器的优缺点,并重点对悬臂梁式和柔性铰链式结构的FBG振动传感器进行了总结。接着从三个方向对现有的FBG振动传感器进行了分析并提出了优化建议。最后对FBG振动传感器的发展做出了预测与展望。     

基于柔性铰链结构的高灵敏度低频光纤光栅加速度传感器

设计了一种基于柔性铰链结构的光纤光栅加速度传感器,进行了结构理论分析,并构建有限元模型仿真分析了传感器的加速度传感特性。基于F-P滤波器构建了具有温度自补偿功能的光纤光栅加速度检测系统,并通过增加反馈控制电路,对F-P滤波器进行反馈控制,实现了系统的零点自温度补偿。对系统的特性进行了实验测试,结果表明:系统对加速度的连续激励信号和冲击激励信号均有良好的动态响应,系统的固有频率为380.0 Hz,动态响应范围可达65.6 dB,频率响应范围为10.0 ~240.0 Hz,灵敏度为236 pm/g,所设计的加速度传感器具有较强的横向抗扰能力,干扰方向灵敏度仅为工作方向灵敏度的3.5%。     

高灵敏度大带宽光纤光栅微地震检波器研究

提出了一种基于铰链连接的光纤布拉格光栅(FBG)微地震检波器,理论分析了检波器的灵敏度和谐振频率,讨论了光纤连接位置和质量块转动惯量对灵敏度和谐振频率的影响,提出了获得高灵敏度和大带宽的优化方法,并采用有限元方法进行了模拟验证。制作了检波器样品,并采用商用解调仪进行了测试,获得了高于40pm/g的灵敏度和1kHz的谐振频率,系统的等效噪声低于0.1mg/Hz,表明本文检波器可应用于微地震监测中的高频微弱地震信号探测。     

一种大量程光纤布拉格光栅位移传感器北大核心

光纤光栅位移传感器具有精度高、本质安全、体积小和易复用等特点,但受到敏感材料的局限,大量程光纤光栅位移传感器很难获得。针对该问题,提出并实现了一种大量程的光纤光栅位移传感器,其采用行星轮系与粘贴光纤光栅悬臂梁相结合的结构,通过变换减速比来获得各种大量程;利用有限元分析法对传感器悬臂梁材料和结构进行了优化设计,研究了不同量程时该类传感器的输出特性。结果显示,该传感器输出信号的波长漂移量与位移量有着很好的线性关系,最大量程可达2 000mm。     

光纤布拉格光栅振动传感器的研究进展

随着光纤传感技术的不断发展,光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)振动传感器在实际应用中的复杂振动测量性能愈发优良可靠。基于FBG振动传感器的优势,简略地阐述了FBG振动传感器的工作原理,并介绍了近5年国内研发的部分悬臂梁型、膜片型、铰链型三种结构的优缺点。最后针对FBG振动传感器提出了4个方面的建议,并展望了FBG振动传感器的发展方向。     

大量程高精度的新型弱光栅位移传感器研究

研发高精度、高灵敏度、大量程的传感器对于边坡、隧道、桥梁等工程结构的健康监测具有重要意义。该文基于杠杆原理,将弱光栅粘贴于基片上,并串联弹簧,形成上部传感单元,通过多种结构形式的比选,发现X型带上外拐加直立段为最优主体结构。基于上述传感结构,设计了一种构造简单、传力稳定,且具有大量程、高精度、高灵敏度的新型弱光栅位移传感器。从理论上推导了测量位移与弱光栅中心波长变化值的关系,并进行了标定试验和模型试验。结果分析表明,基于该结构的位移传感器可实现的测量范围为0～160 mm,灵敏度为24.4 pm/mm,且位移放大倍数可依据需要调整,由此展示了该传感器在结构大变形监测中的良好性能和广阔应用前景。     

一种高灵敏度光纤光栅压力传感器

为测量管路中的液体压力,设计了一种基于L型梁的高灵敏度光纤Bragg光栅(FBG)压力传感器。通过将FBG粘贴于L型梁上,当压力作用于一端为锥台结构的活塞上时,活塞将通过锥台推动L型梁发生弯曲,从而使FBG产生应变。基于本文结构的FBG压力传感器可用于测量管路中的液体压力,并具有较高的压力灵敏度。实验结果表明,本文传感器在0～6 MPa范围内的压力灵敏度为4.97×10-4 MPa-1,约为裸栅的251倍,且具有良好的线性度和可重复性。     

内嵌大量程光纤光栅传感器的智能拉索研制及应用

针对大跨度空间索结构施工及运营阶段的索力监测难题,基于光纤光栅应变敏感的特性,利用“预应力原理”与凹槽封装技术,该文研制了一种内嵌封装大量程光纤光栅传感器的智能拉索,解决了光纤光栅传感器工程应用易断裂及监测量程不足的缺陷。在此基础上对其进行张拉试验,验证智能拉索的主要传感性能指标。试验结果表明,光纤光栅传感器监测灵敏度约为0.002 66 nm/kN,线性度误差≤2.86%,迟滞误差≤1.53%,重复性误差≤2.40%,总精度误差≤4.03%,监测量程可达到拉索极限承载力的80%。采用该技术,利用光纤光栅传感器对某体育场馆索网结构的施工张拉进行实时监测,并将光纤光栅传感器监测荷载与千斤顶张拉荷载进行对比,索体张拉完成后两者误差仅为2.95%。该技术实现了拉索全生命周期、高精度的索力监测。     

光纤Bragg光栅低频振动传感器的特性研究

设计了一种安装于双圆柱弹性环内并由多条弹性薄片条组装成的桶形骨架作为光纤Bragg光栅(FBG)振动传感器基底的传感结构,振动传感器的谐振频率为440Hz,加速度灵敏度约为76.4pm/g,采用相位载波调制式FBG振动传感器解调系统进行解调。实验结果表明,本文传感器经双圆柱弹性环对横向振动约束处理后,其幅频特性在20～300Hz频率范围内呈现出平坦的水平直线,对应于位相角φ=0处的相频特性曲线也呈现出平坦的水平直线,适合于工程技术中20～300Hz的振动信号实时检测。     

一种新颖的高灵敏度光纤光栅压力传感器

提出一种双波纹管结构封装的高灵敏度光纤布拉格光栅(FBG)压力传感器,从理论分析了该器件的传感机理。研究结果表明,该FBG压力传感器可实现0～1.2 KPa压力测量,灵敏度达到688.2 pm/kPa,线性拟合度达到0.9973,适用于液位小范围变化的高精度检测。     

光纤布拉格光栅振动传感器研究

随着光纤光栅传感技术研究的不断深入和振动测试技术发展需求的不断增大,关于光纤光栅振动传感器的研究工作迅速展开。介绍了基于光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)的振动传感器的原理,然后就不同的结构类型对近几年的FBG振动传感器研究进行了归纳,并着重对悬臂梁式和膜片式结构进行了总结。阐述了同种结构类型的不同光纤光栅封装方式的优缺点,分析了现阶段所使用的FBG振动传感器,并提出了影响其性能优化的四点因素。最后对FBG振动传感器的发展作了进一步展望。     

一种新颖的高灵敏度光纤光栅压力传感器

用密封圆柱形容器和活塞封存一些气体,将光栅的两端分别粘在容器和塞子上。外界压力变化导致光栅所受拉力的变化,从而实现对外界压力的检测。该传感器压力灵敏系数可达-0.696/MPa,是裸光纤的3.515×105倍,其线性度为0.9989。     

基于匹配滤波解调的光纤光栅振动传感器设计

为了弥补现有振动传感器的不足,在分析匹配光栅解调原理的基础上,设计了一种新型的光纤光栅振动传感器.该传感器采用了梁式结构,可以通过调节梁改变传感光栅的中心波长和传感器的固有频率,既可以实现匹配解调,又扩大了频率测量范围.通过标准信号测试实验,得出该光纤光栅振动传感器具有良好的频率检测性能,频率测量范围为0～200 Hz,在20 Hz、190 Hz检测的波形具有良好的信噪比.     

金属环封装低频光纤布拉格光栅振动传感系统研制

研制了一种金属环封装的单柱体芯轴式光纤布拉格光栅(FBG)振动传感器,搭建了基于非平衡迈克耳逊干涉仪相位载波调制(PGC)解调技术的FBG振动传感器解调系统,实现了低频振动信号的高精度实时解调,并分析了各参数对传感器谐振频率和灵敏度等特性的影响。实验结果表明,研制的FBG振动传感器谐振频率为388Hz,在10～200Hz频率范围内,传感器的加速度灵敏度约为81pm/g,且加速度响应平坦,起伏小于1dB,与理论分析结果基本一致。研制的振动传感器可实现200Hz以下低频振动信号的实时检测,解调系统的波长检测精度为1.07×10-3 pm,最小可检测加速度为1.3×10-5 g。     

基于双等强度悬臂梁的光纤光栅加速度振动传感器

研制了一种基于双等强度悬臂梁式光纤布 拉格光栅(FBG)振动传感器。首先采用ANSYS软件对 传感器进行数值计算与仿真,得到在各个阻尼比下传感器的幅频特性曲线和相频特性曲 线,不断变化 传感器结构参数,寻找最优谐振频率与加速度灵敏度,从而得到传感器最优结构参数;根据 仿真所得的最 优结构参数,进行传感器加工;利用所加工的振动传感器进行振动台试验研究并对所得实验 数据进行处理, 将处理后的数据与ANSYS软件仿真得到的数据进行比较,结果表明,振动平台所测得的 实验结果与ANSYS 软件仿真结果相吻合,传感器的谐振频率为80.74Hz,可实现50Hz以下低 频振动信号的实时监测,在5～50Hz之间的加速度灵敏度约为20.85pm/m·s－2。     

用于沥青路面载荷监测的光纤光栅压力传感器

提出了一种可用于沥青路面载荷测量的新型高灵敏度光纤布拉格光栅(FBG)压力传感器.传感器采用金属材料和聚合物相结合的封装形式,通过改变聚合物的几何结构实现了高倍数压力增敏效果,并从理论推导了该传感器的光栅中心波长相对偏移量与加载其上压强之间的解析关系.实验结果表明:该传感器的压力监测灵敏度达到2.39×10-8 Pa-...     

双悬梁光纤布拉格光栅低频加速度传感器

为了实现光纤布拉格光栅（FHG）加速度信号的准确测量,提出了一种新颖的双悬梁FBG加速度传感器。设计了传感器的结构及封装方法,理论分析了传感器的工作原理。实验研究了传感器的线性响应、温度响应、共振频率和方向抗干扰特性,结果表明,传感器的加速度响应灵敏度为7．81pm／m／s2,相对误差为2．62％,加速度与波长具有较好...     

小量程、高灵敏度微压力传感器的优化设计

为了提高小量程微压力传感器的灵敏度,提出了一种新结构模型,通过理论分析,发现硅膜越薄,量程越小,灵敏度越高.并对此模型进行ANSYS应力仿真,发现在小量程负荷条件下,新结构模型应力峰值约为10.7 MPa,C 型硅杯应力峰值为2.25 MPa,E 型硅杯应力峰值为2.8 MPa,通过比较可以看出,优化后的模型提高了微型压力传感器的灵敏性,验证了此模型的合理性.这种优化设计方法对小量程、高灵敏度微型压力传感器的研制具有一定的参考价值.