计数式光纤Bragg光栅风速仪设计

为消除温度波动变化对风速测量带来的影响,能更有效、稳定地测量风速,设计一种计数式光纤Bragg光栅（ FBG）风速仪。风速仪采用风杯结构,在风杯转轮上设置转速凸轮,粘贴有FBG的等强度悬臂梁与转速凸轮组成计数装置。基于风杯转速与风速呈线性关系建立了传感模型,根据中心波长变化次数进行计数,从而计算出风速,实现了对风场内风速实时监测。风洞试验表明：计数式FBG风速传感器的起动风速为0.9 m/s,线性度为6%,灵敏度为0.65 r/m。     

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。     

基于光纤Bragg光栅应变传感器的量测锚杆拉力研究

由于被锚固结构自身的风化作用和锚杆自身的受力,蠕动变形等会改变锚杆的受力状态。为了实时反映锚杆的受力状态,将光纤Bragg光栅应变传感器通过引脚沿轴向焊接在锚杆的杆体上。由于锚杆杆体受力带动光纤Bragg光栅应变传感器引脚间距发生变化,使得应变传感器内的光纤Bragg光栅中心波长发生移位。通过对光纤Bragg光栅中心波长移位量的测量,可以实现对锚杆轴向拉力的在线监测。锚杆拉力试验表明:拉力灵敏度为6.5 pm/kN,线性度为1.78%FS。     

光纤Bragg光栅流量传感器

采用靶式结构作为光纤Bragg光栅流量传感器的换能元件,其中两片光栅分别粘贴于等强度悬臂梁的上下两表面。采用双光栅粘贴方式对传感器进行温度补偿,有效的解决了应变与温度交叉敏感的问题,提高了测量灵敏度。实验表明该靶式光纤Bragg光栅流量传感器的载荷响应灵敏度为33.6pm/kg,测量精度为0.5%。     

热导式光纤Bragg光栅二氧化碳分析仪的研究

摘要：在工业中提高燃料的燃烧率以及保证锅炉的高效运行都需要对烟气中二氧化碳的含量进行测量。在热导式原理的基础上利用光纤Bragg光栅对温度的敏感特性研制了一种热导式光纤Bragg光栅二氧化碳分析仪,通过检测光纤Bragg光栅中心波长的移位量实现对二氧化碳体积百分比含量的测量。测试实验表明,二氧化碳百分比含量从0到20％,从20％到80％以及从80％到100％时,光纤Bragg光栅的中心波长变化量分别为0.020nm,0.116nm,0.015nm ,在含量达到100％之后中心波长趋于平稳。     

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。     

ANSYS在光纤Bragg光栅加速度计设计中的应用

采用ANSYS软件,通过对光纤Bragg光栅加速度计的动态特性分析,进行了结构优化,并计算了优化结构的灵敏度和固有频率。参照有限元理论分析,进行光纤光栅加速度计的实验研究,获得了加速度计的灵敏度和固有频率。实验结果与理论值具有较好的一致性,说明利用有限元软件ANSYS对光纤Bragg光栅加速度计进行辅助设计是有效的手段之一。     

双悬臂梁式光纤Bragg光栅位移传感器

位移测量装置利用测量杆通过楔形块作用在固定于底座的等强度悬臂梁上,其中,光纤Bragg光栅粘贴于其中一块等强度悬臂梁外表面的中心线处。在测量中,当测量杆产生位移时,会带动楔形块产生相应的位移,并促使等强度悬臂梁的自由端产生扰度变化,从而导致粘贴于等强度悬臂梁外表面的光纤Bragg光栅产生波长移位。实验表明,当位移增加或者减少时,位于中心测点的光纤Bragg光栅的实验灵敏度分别为正行程0.015nm/mm,反行程为0.014nm/mm,重复性误差为2.2%;正行程的线性度为0.99728,反行程的线性度为0.99684,迟滞为0.0626%FS。     

光纤Bragg光栅传感器及其应用

基于光纤B ragg光栅(FBG)特点及传感原理,将其应用在电气设备的绝缘故障检测中。电气设备的绝缘故障发生之前,通常伴随热传递,而FBG对温度非常敏感,因而,可以通过FBG传感器监测温度来确定电气设备是否有绝缘故障发生。试验结果显示:FBG抗干扰能力强,可在恶劣环境下工作,且温度分辨力为0.1℃,能够得到较传统传感器更好的效果。介绍了一种通过监测温度来检测高压设备故障的方法,阐述了高压设备故障在线监测系统的功能和应用。     

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。     

基于差分校正的FBG测温网络系统设计

为了实现在大范围被测区域内实时温度监测的功能,选用光纤布拉格光栅(FBG)测温网络,同时,为了提高系统的温度测试精度和抗干扰能力,设计了基于差分校正的FBG测温网络系统.系统在原有测试结构的基础上,增加了校正光纤探头,从而针对任意位置上个别环境变化造成的温度误差进行校正.通过理论推导,差分校正值表达式被给出,并由此设计了差分校正算法.实验采用温度控制箱使被测区域温度从20℃变化为80℃,最小温度改变量为1.0℃.实验结果显示:回波中心波长产生的偏移量和温度之间大致每1.0℃的温度变化产生35～45 pm的偏移.差分校正型测温系统的温度检测误差为0.47％,优于传统的测温系统,并且基于差分校正的测温系统受局部环境影响很小,具有较高的系统稳定性.     

基于电磁力的FBG电流传感器研究

利用通电螺线管与永磁铁之间的作用力,提出了一种测量电流的方法.光纤Bragg光栅(FBG)在永磁铁的牵引下发生轴向应变,引起Bragg中心波长的漂移,通过解调中心波长漂移量对电流进行测量.实验中采取多匝数螺线管和小电流来模拟大电流,对0-3A的直流电流进行了测量.实验结果表明:中心波长漂移量与电流有很好的线性关系,线性...     

基于平衡PZT法解调的FBG传感器

提出了一种基于压电陶瓷叠堆驱动参考光纤Bragg光栅(FBG)扫描滤波的FBG传感器波长解调机构,设计了对称结构U型金属支架结构,并采用两侧粘贴光纤光栅的方式,同时对光纤光栅施加相等的预应力,这种结构扩展了解调光栅的扫描范围,平衡了压电陶瓷叠堆所受的拉力,增强了其运行可靠性,提高了扫描线性度.实验结果显示:在0-200...     

光纤Bragg光栅校准可调谐F-P滤波器解调系统的研究

基于可调谐光纤(TF)Fabry-Pent(F-P)滤波扫描传感光纤Bragg光栅(FBG)反射的原理,针对可调谐光纤F-P滤波器的透射波长与驱动电压的非线性与不重复性,提出一种新颖的利用置于恒温箱内的FBG来提供波长参考,得到光纤F-P滤波器小范围内的电压—波长线性关系,对一温度传感器进行了试验检测,在30~130℃范围内,系统的平均偏差为0.52℃。     

波分复用分布式FBG传感网络

提出并实现了一种可满足工程实用要求的波分复用光纤光栅传感网络解决方案,系统通过可调谐光纤F P滤波器的连续扫描实现波长信号的解调,该传感系统扫描带宽50nm,单点工作带宽5nm,对一般应用系统每根单纤可设20～30个点,系统最高扫描频率200Hz,分辨力5pm(约5×10-6或0.5℃)。     

基于LabVIEW的FBG温度传感器数据采集系统设计

针对光纤B ragg光栅(FBG)温度传感器实时监测过程中,对数据采集和处理的快速、准确的要求,提出了一种基于虚拟仪器技术的实时数据采集处理系统设计方案。该方案在首先考虑FBG温度传感器原理的基础上设计了数据采集处理系统,应用虚拟仪器软件LabVIEW语言编写程序,实现了对数据采集系统的控制与处理。对FBG温度传感器的实验测试表明:所设计的系统能够满足FBG传感器实时数据采集和处理的要求。     

FBG位移传感器的标定与不确定度分析

为了提高光纤Bragg光栅(FBG)位移传感器标定精度和实现自动标定,设计一种量程为18 cm的FBG位移传感器校准装置对FBG位移传感器进行在线校准.通过对FBG解调仪测量的波长量和计算得出的位移量进行最小二乘法拟合得到FBG传感器的静态标定系数,并对标定装置和传感器进行不确定度评定.实验结果表明:FBG位移传感器标定平台标定得到FBG位移传感器的灵敏度为0.0145 nm/mm,线性度为99.87％,重复性误差为0.082％,校准装置的测量不确定度为0.11 mm.     

基于OTDM的FBG传感器网络超高速解调系统的设计

基于光纤Bragg光栅(FBG)和光时分复用(OTDM)的基本原理研究匹配光栅应变传感器网络的高速解调问题。给出了运用FPGA+ARM的匹配光栅应变解调系统设计,实现了多个FBG信道的同时监测。重点在通过寻峰算法寻到峰值的情况下,结合一种复合滤波算法(限幅法+滑动滤波法),极大地抑制了光路和电路中产生的噪声,将峰值功率变化范围由-1.03 dB压缩到-0.31 dB,使得所设计的系统能够在多种环境中应用,具有重要的参考价值。     

变宽度悬臂梁的FBG流速传感器

通过对光纤传感器进行设计,提出了一种基于变宽度悬臂梁的光纤(Bragg)光栅(FBG)流速传感器.传感部分由不锈钢材质的悬臂梁和粘贴在其特定位置上的FBG构成,悬臂梁采用等腰梯形和矩形相结合的外形结构设计,传感头两部分之间的衔接不需要用销子固定,整个传感头浑然一体,无额外附加重量,制作方法简易,且实验设置参考光栅,实验结果不受温度变化的影响.实验表明:传感器的Bragg波长漂移量与流速变化有很好的线性关系,传感器的灵敏度为0.025 m/s.可测流速范围为0～2 m/s,传感器不仅实现了对温度的补偿,而且提高了测量精度、灵敏度.     

CLPG的分布式FBG解调系统仿真研究

从耦合模理论出发,运用传输矩阵法对级联长周期光纤光栅(C LPG)的传输光谱进行了仿真分析,提出了基于CLPG的分布式光纤布拉格光栅(FBG)解调系统.该解调系统将级联长周期FBG作为边缘滤波器,利用它的4个线性区同时解调4个FBG的传感信号.仿真结果表明:在CLPG的线性范围内系统检测的光功率与传感FBG所受轴向应变成线性关系,最高能检测到5.813×10-9的轴向应变传感信号.系统的应变灵敏度分别为-42.75,42.95,-43.15,43.35 mW/10-6.