基于光纤布喇格光栅传感器的精密位移测量

首先对光纤布喇格光栅传感的基本原理进行了分析,并给出了光纤光栅位移传感的基本公式.在此基础上,设计制作了一种光纤光栅位移传感器.采用光纤光栅作为传感元件,利用多波长计进行波长检测,对位移量进行了传感测量.实验中,传感器位移检测范围为0.6mm,其传感测量精度为±43nm,测量分辨率为1.5nm.实验结果具有良好的线性度.     

采用光纤布喇格光栅对的窄带光谱测试

利用光纤布喇格光栅的调谐特性,提出一个在光纤光栅调谐范围内对光纤光栅的布喇格波长、波长的漂移以及引起光纤光栅波长漂移的物理量进行检测的方案。采用悬臂梁结构,利用光纤布喇格光栅对的方法增大了光纤光栅的调谐范围。     

光纤布喇格光栅反射波长移位的探测

综述了光纤布喇格光栅反射波长移位的探测方法。提出一种新的压电陶瓷－应变片组合探测光纤布喇格光栅反射波长的方法,它具有波长移位探测精度高、线性度好、结构紧凑等优点。     

基于级联光栅温度补偿的溶液浓度测量研究

为解决长周期光纤光栅(LPG)折射率测量时的温度交叉敏感问题,利用布喇格光纤光栅(FBG)对环境折射率不敏感的特点,将其与长周期光纤光栅(LPG)级联,构成具有温度补偿的折射率传感方案。实验结果表明：随着温度的变化级联光栅的两个透射谐振波长都有线性变化,而改变溶液折射率时只有一个透射谐振波长改变。因此,可以利用级联光栅对折射率和温度双参量进行同时测量,补偿因温度变化产生的测量误差。     

基于相移布喇格光纤光栅的折射率传感实验研究

利用图解法求解光纤特征方程,获得腐蚀过程和传感过程中光纤光栅的光谱特性,设计了光纤光栅的部分腐蚀方案,采用氢氟酸溶液腐蚀制作相移布喇格光纤光栅。对光纤光栅进行部分腐蚀,将形成相移光纤光栅。根据相移光纤光栅的特性,讨论了利用反射光光强解调的方式,该方式具有结构简单且对温度不敏感的优点。     

新型分布式布喇格光纤光栅传感系统的研究

提出了一种新型分布式布喇格光纤光栅(FBG)传感系统.为了满足一个大型工程同时监测上百个不同位置的要求,将这一百个点分成若干组,每组构成一个小区域,每个小区域由四个波长相同的光栅组成,这样就满足了在一条光纤上刻一百个光栅的要求.当某点温度发生变化时,该区域的最高温度可测得;若此最高温度超过警戒温度,则系统发出报警信号,进而对这个小区域进行整体降温处理.在理论分析的基础上,对多组不同波长的光纤光栅进行了温控对比实验,在10～110℃的温度范围内,FBG的中心波长随温度变化呈良好的线性,线性度达到99.6%以上.实验表明该系统具有精度高、适用于分布式多点测量的特点.     

基于复合材料结构的光纤光栅传感器在动态称重系统中的应用探讨

介绍了光纤布喇格光栅传感器的肇本原理和优点,并对基于复合材料结构的光纤布喇格光栅称重传感器的应用进行了实验和探讨。     

光纤布喇格光栅的炸药熔铸温度监测研究

为了实现对炸药熔铸过程的温度监测,利用多通道解调仪对炸药熔铸过程温度场进行监测,在炸药熔铸测温的过程中采用了经过特殊封装处理过的光栅传感器。简单介绍了光栅的传感原理、布喇格光栅数据解调仪的原理、实验所用光纤布喇格光栅的封装工艺。将获取的温度数据经Matlab和Origin处理并绘制时间―温度曲线,发现炸药熔铸相变发生的瞬间,温度曲线发生较大的变化。研究结果表明:炸药在熔铸过程中会释放出潜热,在释放潜热时炸药的温度会从88℃上升到90℃,特殊封装后的光纤布喇格光栅传感器能很好地对炸药熔铸过程进行温度测量。     

基于FBG轴向拉力的液位测量传感器

根据光纤布喇格光栅(fiber Bragg grating,FBG)的传感原理,提出了一种基于波纹管结构的FBG液位传感器,利用补偿FBG(FBG1)与液位FBG(FBG2)具有相同的温度灵敏度进行温度补偿,将FBG2固定在波纹管内,液压产生的张力可以使波纹管的自由端产生位移,从而使固定在里面的FBG2产生轴向应变进而影响布喇格中心波长的改变.通过布喇格中心波长的改变来监测液位的变化,在40~340mm的液位变化范围内进行了实验研究.结果表明,光纤布喇格光栅中心反射波长漂移对液位呈现良好的线性关系,线性拟合度大于0.998,灵敏度为15.7pm/cm,理论测量范围可达到3m.说明通过改变波纹管的波纹数目和其他参数,可实现对传感器测量范围和灵敏度的调整,以满足各种应用场合.     

基于光电缆的分布式温度传感网络的实验研究

本文提出增加一根光纤光栅与光电缆绕制在一起,用于监测电缆中的实时温度.采用有限元分析方法,建立了光电缆温度场模型.使用可调谐脉冲激光为光源,在一根光纤上刻制多个相同中心波长的布拉格光栅,即采用全同光栅作为系统的温度传感器,当光电缆线路中温度发生异常时,反射回来的光栅中心波长发生偏移,通过检测反射光中心波长发生的偏移量可...     

采用光栅投影的三维测量方法

提出一种新的三维坐标测量方法,该方法基于光栅投影、相移和三角测量等测量方法。与传统的光学测量方法不同,测量系统采用两个CCD相机记录投影光栅,减小了测量误差,提高了测量精度。测量实验结果在各个坐标上的精度分别为?靘,?靘,?8.5靘,总体精度优于20靘,证明了该方法的先进性和可行性。     

成像式光栅自准直测角方法研究

针对目前光电自准直仪难以做到既有高分辨力同时又有大的测量范围的不足,提出一种成像式光栅自准直测角方法。该方法将成像式光栅方法、自准直测角技术相结合,利用标尺光栅像和指示光栅形成的光栅副反映被测物体的角度变化。试验结果表明,该系统接收到的光栅信号稳定,满足光栅计数的要求,成像式光栅自准直测角方法原理可行。该方法避免了光栅副间隙带来的误差,具有大量程及较高的分辨力。     

远红外光光栅光谱仪测量误差分析

采用平面闪耀光栅作为光谱元件的远红外光谱测量原理,分析了四种主要的重复性误差:光栅常数制造误差、零点标定误差、转角测量误差、入射光束与衍射光束的夹角测量误差。 并分别以112.5mm、40.05mm、25mm和12mm的四种闪耀波长为例,计算出了它们的误差传递系数曲线,根据误差传递系数对光谱仪进行误差分配,分析和计算表明:当光栅转角测量精度为1,光栅常数误差为0.5mm时,光谱仪可以满足l/100的波长测量误差要求和l/200的波长重复性测量误差要求。     

新型反射式闪耀光栅楔形平板

提出并设计了一种新型光学元件——反射式闪耀光栅楔形平板。在玻璃楔形平板的倾斜表面上加工锯齿形闪耀光栅,在光栅的表面镀相应的金属反射膜,形成反射式闪耀光栅。当光线垂直楔形平板底面入射时,闪耀级次的衍射光可以沿入射方向返回,使该级次衍射光的能量得到充分利用,可以应用在在需要保持反射光线方向不变的场合。该元件兼具闪耀光栅和楔形平板的特性,通过实验对光线的能量和方向特性进行了验证,实验结果表明, 1级衍射光沿入射光线方向返回,并且能量的89.36%都集中在这一级上。转角测量的实验结果表明,该元件能使转角测量的范围扩大为0~360°以及大于360°的任意角度,转角测量的重复性精度可以达到0.632″。     

Phase shifting method for retroreflective grating analysis

A phase shifted retroreflective grating system has been presented for measuring the derivative and contour of quasi flat specular surfaces. The system has been tested with a small indent of maximum depth less than 10 microns. The experiment shows that the system can tell the defect size, shape and polarity (indent/outdent). The method can be developed for industrial application in nondestructive testing and evaluation(NDTE).     

衍射频谱法测光栅膜层厚度

根据傅立叶光学理论从光栅的衍射频谱中可以反推光栅本身的多种信息,包括其形貌特征。 利用矩形相位光栅的傅立叶变换,推导出零级和一级衍射光强和矩形相位光栅膜层厚度之间的函数关系,据此可在测得零级和一级次光强后,推算出光栅膜层厚度。以台阶仪作为标准,该方法的测量误差在4%以内。     

光纤Bragg光栅位移和温度双参量传感实验研究

采用一种新颖的等强度梁光纤光栅（FBG）传感结构,将光纤光栅沿梁轴向粘贴在传感梁上,并确保光栅的一半粘贴在梁上,另一半则沿梁的轴向呈自由状态,通过两部分光栅对梁自由端位移和环境温度的不同响应,实现温度和位移的同时测量,测量误差不大于4％。通过多次实验验证,所得结果与理论分析相符合。     

采用双频光栅投影的快速傅里叶变换轮廓术

傅里叶变换轮廓术中通过反正切计算出的相位是截断的,如果被测物高度变化引起的相邻点的非截断相位变化过大,就无法直接进行正确的相位展开。故提出一种采用双频光栅的快速傅立叶变换轮廓术：从一帧条纹图中获取同一物体对应于不同等效波长的两组截断相位,先展开对应于低频的低精度截断相位,并以此为参考,根据双频光栅两个频率之间的关系,展开对应于高频的高精度相位。经过模拟比较,在误差范围内比传统方法恢复的图形有了较大的改善,相对误差率由2．26％下降到1．79％。     

一种高密度光栅结构光编码方法

针对光栅结构光传感器三维测量过程中光条识别问题,提出一种新的金字塔子光栅投射法结构光编码方法。该方法把高密度光栅逐级细分为若干个可容易识别的子光栅,用空间二分编码方法分别对每个子光栅进行编码,并详细介绍了确定光条点码值的方法。把该编码方法应用于光栅结构光传感器中,实现了维纳斯雕像的三维测量,并给出了三维重建结果。结果表明,该编码方法误码率仅为0.75%,特别适用于物体三维轮廓致密测量。     

用于钢筋混凝土梁的光纤光栅应变传感器

在变形测定器中,光纤Bragg光栅被粘贴于内管的两端,这两端的距离确定了传感器的量规长度。为了测量拉应变和压应变,该光纤光栅必须保持处于与可能的最大压应变相等的永久性拉应变。将光纤Bragg光栅贴于H154梁的混凝土表面和H158梁的钢筋表面,以分别检测拉应变和压应变。当钢筋混凝土梁受到千斤顶的加载时,它的应变可由光纤Bragg光栅的反射Bragg波长的偏移量获得。实验表明,作为一种绝对检测器件,光纤Bragg光栅为钢筋混凝土梁提供了有效监测,其中,拉应变~1000me,而压应变~1500me。