基于最小二乘法的光纤光栅Bragg波长直线拟合

针对基于可调谐法布里珀罗(F-P)滤波器的光纤光栅解调系统存在波长解调准确度不够高的问题,从理论上系统地分析了在解调过程中对光纤光栅B ragg波长进行直线拟合的可行性,即光纤光栅B ragg波长与F-P滤波器的调谐电压之间存在线性相关性。在实验研究的基础上,用最小二乘法对光纤光栅B ragg波长和F-P滤波器的调谐电压进行直线拟合,结果表明:它们之间的确存在密切的线性相关性。为提高拟合的效果,提出了分段直线拟合,它可以使测量误差降低至少1个数量级,从而提高了F-P滤波器光纤光栅解调系统的准确度。     

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.     

Boxcar积分器提高光纤光栅传感器解调精度的分析

阐述一种根据Boxcar积分器原理实现光纤光栅传感器B ragg波长移动的FFP精密解调原理,将FFP输出的光强-电压周期信号转换为光强度-时间周期信号,利用扫描式取样积分器得到形状与输入的被测信号相同,而周期变大的的输出波形,提高了幅值信噪比和时间分辨力,从而提高光纤光栅波长位移测量精度。     

光纤Bragg 光栅的谐振传感实验研究

利用微悬臂梁对光纤Ｂｒａｇｇ光栅的振动传感特性进行了实验研究,其频率传感范围达到２．５ｋＨｚ,并给出了实验拟合曲线。研究表明：光纤Ｂｒａｇｇ光栅反射波长漂移的扫描平均值△λ对微悬臂梁的谐振频率υｎ响应灵敏。     

微力微位移天平测试方法

介绍了一种简单有效的微力、微位移天平测试方法,通过对薄型硅悬臂梁进行力—挠度特性测试进而提取材料杨氏模量的方法是简便、可行的。还介绍了用于测量薄膜应力的悬臂梁挠曲法,对于硅上热生长1.1μm SiO_2的结构,测得SiO_2膜内的压应力为200～230MPa.微力微位移天平测试方法操作方便,仪器成本低,具有较高精度。     

光纤Bragg光栅增敏技术研究进展

分析了光纤B ragg光栅(FBG)的传感机理,讨论了FBG的温度、应变增敏原理。从光纤光栅材料的选择、写入方法综述了温度、应变的增敏技术,并进一步分析了压力温度传感器的增敏封装技术和聚合物封装光纤光栅传感器的封装增敏技术。     

基于FBG的电力杆塔倾角传感器研究

电力杆塔监测对保证输电线路运行安全具有重要意义。对基于光纤Bragg光栅（FBG）的电力杆塔倾角传感器进行研究,底端固定于传感器外壳上的等强度悬臂梁自由端挂有重物,且在等强度悬臂梁两侧对称中心线上各粘贴一个FBG。电力杆塔发生倾斜时,重物带动等强度悬臂梁自由端产生挠度,使FBG产生中心波长移位,对中心波长进行监测即可实现杆塔倾斜角度测量。实验表明：测量小角度（小于15°）时,重复性误差为l％Fs,非线性误差为0．4％FS,滞后误差为0．8％FS;测量大角度（15°-45°）时,重复性误差为1．5％FS,非线性误差为0．77％FS,滞后误差为1．1％FS。     

单光纤光栅实现位移、温度同时区分测量

结合光纤光栅悬臂梁调谐的特点,采用悬臂梁矩形梁结构,将光纤光栅粘贴在悬臂梁侧面,利用反射波的带宽对应变敏感而对温度不敏感的特性解调悬臂梁自由端的垂直位移,和反射波的中心波长对温度敏感而对应变不敏感的特性解调温度,成功地实现了对位移和温度的同时测量.基于光谱分析仪0.1 nm的光谱分辨率,实验可得到位移、温度同时区分测量系统的带宽随位移变化的灵敏度为0.153 nm/mm,位移分辨率为0.193 mm,位移测量范围可达6.15 mm;中心波长随温度变化的灵敏度为0.029 nm/℃,温度分辨率为3.4℃,温度测量范围为45℃.实验结果与理论分析基本一致.     

一种改进型光纤压力传感器设计

针对现有光纤压力传感器压力监测范围小、灵敏度低、成本高的问题,设计了一种改进型光纤压力传感器。在悬臂梁粘贴一支应变光纤光栅,悬空一支温度光纤光栅（使其不受应力）。悬臂梁下方的限位罩将弹簧、波纹管压罩、波纹管罩于其内部,限位罩内侧上平面与弹簧上平面接触,弹簧下平面与波纹管压罩接触。当外界压力通过波纹管底部的管道到达波纹管时,高压使其产生轴向的形变,进而压缩弹簧,最终弹簧发生形变,将力传至悬臂梁,改变应变光纤光栅的受力情况。在单层波纹管增加了劲度系数更大的弹簧,以限制外界产生压力时单层波纹管发生形变,使波纹管与弹簧共同传递压力到悬臂梁。实验结果表明：改进后传感器的压力监测量程为0～5 MPa,相比改进前提升5倍,传感器的灵敏度为0.379 98 nm/MPa,测量误差在0.02 MPa之内。将改进后的压力传感器应用于某井下输水管道进行验证,结果表明：与高精度电子压力计测量结果相比,该传感器的压力解调误差在0.02 MPa之内。     

差动式光纤布拉格光栅渗压传感器的研究

为了对土壤中渗透水压力进行精确测量,根据波纹管的压力传感特性,以及等强度悬臂梁与光纤Bragg光栅的应变传感特性,设计了一种差动式光纤布拉格光栅(FBG)渗压传感器。传感器通过土壤渗透水压力推动波纹管轴向应变转化成等强度悬臂梁挠度变化,进而转化成FBG轴向应变。通过测量FBG中心波长的变化获得压力值,利用差动式结构降低了环境温度变化带来的影响。在常温条件下进行标定试验,得出升压过程中传感器的渗压灵敏度约为11.96 pm/k Pa,线性度为1.3%,重复性为2.9%;降压过程中传感器的渗压灵敏度约为10.56 pm/k Pa,线性度为4.6%,重复性为1.9%;环境温度变化对测量结果影响小于1%。试验结果表明,该光纤光栅渗压传感器能够对小量程范围内的渗压进行准确测量,同时可以通过改变波纹管及等强度梁参数将其推广到大量程的测量。     

Temperature-insensitive accelerometer based on a strain-chirped FBG

A novel accelerometer based on a strain-chirped optical fiber Bragg grating (FBG) is proposed. The FBG is glued in a slanted direction onto the lateral side of a right-angled triangle cantilever beam with a mass bonded on its free end. Vertical acceleration applied to the cantilever beam leads to a uniform bending along the beam length. As a result, the FBG is chirped and its reflection bandwidth changes linearly with the applied acceleration. A high sensitivity of 0.679 nm/g has been achieved in the experiment. This sensor is temperature insensitive, owning to the temperature-independence nature of reflection bandwidth of the FBG.     

基于风向标的光纤Bragg光栅风向仪设计

风向仪能够测出风向变化,进而调整风机跟随风向变化进行高质量发电,从而降低成本。采用风向标结构,风向标转轮上设置方向凸轮和角度凸轮,风向标主体与粘贴有光纤Bragg光栅（ FBG）的等悬臂梁固定在底座上。风向标转轮受风力作用旋转,带动方向凸轮和角度凸轮,等强度悬臂梁受凸轮撞击产生挠度变化,导致粘贴其上的FBG波长移位,根据搭建的数学模型,由波长移位量可得出风向标旋转角度即风向。通过对FBG风向仪的风洞实验的数据分析得出：起动风速为1.2 m/s,非线性误差为7.92% FS,灵敏度为1.47 pm /（°）,重复性误差为6.03% FS。     

一种高分辨力的光纤光栅悬臂梁动态解调技术

介绍了一种基于悬臂梁的匹配光栅测量和解调方案,在外界加速度作用下,一个光纤光栅受压,另一个光纤光栅受拉,使波长调谐的灵敏度增加了1倍。实验证明了该方法寓解调和温度补偿为一体的优越性,本解调方案的波长移动分辨力为0. 01pm,可实现高分辨力加速度测量。     

Simultaneous measurement of temperature and force based on a special-strain-function-chirped FBG

A novel scheme for simultaneous measurement of temperature and force based on a special-strain-function-chirped fiber Bragg grating (FBG) is presented. A specifically designed cylinder tapered cantilever beam (CTCB) can provide special strain distribution function to modulated the FBG's reflection spectrum. The feasibility of the special-strain-function-chirped FBG as sensor for simultaneous measurement of temperature and force was validated. Experimental results match the theoretical results well. The force sensitivities to the bandwidth and central wavelength of the FBG are 0.344 nm/N and 0.408 nm/N, respectively, and the temperature sensitivity is 0.078 nm/°C.     

基于光纤光栅的液体粘度测量方法的研究

针对液体粘度在线测量问题,提出了一种基于光纤光栅的液体粘度测量方法,即通过检测光纤光栅中心波长的变化量测得液体自身的粘度值.这种依靠液体自身流动得到液体粘度的方法是对粘度在线测量问题的一种新的探索和突破.在液体流动过程中,利用光纤光栅感知阻流元件表面粘滞力引起的悬臂梁的应力变化,对解调出的波长变化量经过计算得到应力变化的大小,从而得到相对应的粘度值.通过实验研究,对于粘度标准液进行光纤光栅的标定,建立了中心波长变化量与粘度的数学模型.最终,进行验证性实验,测量一组液体的粘度值,并与标准粘度计测得的结果进行比对,证明了实验方法的可行性.     

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.     

一种基于等强度梁的光纤光栅高频振动传感器

以光纤光栅为敏感元件,设计了一种基于钢制等强度悬臂梁结构的高频振动传感器,该传感器由光纤光栅粘贴于等强度悬臂梁的表面而实现.运用材料力学原理对该等强度悬臂梁的共振频率和应变特性进行了推导.采用匹配滤波法解调光信号,并进行了传感探头优化设计,使该传感器实现了温度补偿.在不同环境温度下对任意频率的振动进行了测量实验,结果表明这种振动传感器可以实现高频振动信号的检测,实际上限频率达6 kHz,测量频率误差小于0.5%,能够实现温度补偿,且集成度高,结构轻便,具有广阔的实用前景.     

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.     

双FBG位移测量系统

介绍采用悬臂梁结构实现光纤光栅的位移测量系统,使用双光纤光栅,消除温度变化带来的交叉敏感,系统结构简单、稳定性好、线性度高。