基于杠杆原理的新型光纤光栅微位移传感器

设计了一种新型的光纤布拉格光栅(FBG)微位移传感器。基于杠杆原理,通过自由设计不同的力臂长度满足各种测量要求,可以在不损毁光栅的情况下使光栅产生更加显著的应变;其封装不会产生啁啾,可以通过结构的级联实现传感器的复用进行多维多参量的测量。实验结果证明,在微测量范围0.00-0.20 mm内,该微位移传感器的灵敏度达到12.5 nm/mm,较其它梁臂或聚合物封装结构的传感器有很大提高。     

基于光纤光栅的多参量流体测量系统

提出了一种以光纤光栅传感器为核心单元的多参量流体测量系统,通过不同结构封装实现应用光纤光栅对流体的温度、压力和流量3个重要参量的测量,这几个不同参量的光纤光栅传感器通过串联组网接入到高速光纤光栅解调系统,实现动态高精度测量。实验标定表明传感器具有良好的线性和重复性,测量系统的分辨率和精度完全满足流体参量测试的要求,在水利和化工领域的流体在线监测中具有重要的应用价值。     

飞秒激光耐高温光纤光栅传感器的制备

针对传统光纤光栅传感器由于折射率调制量导致温度稳定性差的缺点,利用了飞秒激光诱导折射率变化的机理制备了一种耐高温的光纤光栅温度传感器. 首先采用800 nm飞秒激光结合相位掩膜板法在标准通信光纤上写制了光纤布拉格光栅传感器,然后通过高温退火实验对该传感器在900 ℃下的温度稳定性进行了测量,最后采用线性拟合的方法得到了传感器的温度灵敏度系数. 实验结果表明,该传感器在900 ℃下具有较好的温度稳定性,在温度为100 ℃到900 ℃范围内温度灵敏度系数达到1.27×10-11 m/℃.     

基于光纤光栅的煤矿瓦斯压力传感器的研制

针对煤层瓦斯压力不能多点同步测量问题,提出一种基于弹性膜片的光纤光栅(fiber bragg grating,FBG)瓦斯压力传感器设计方案。采用膜片与腔体一体、光纤首尾开放的结构模式,并对封装后的传感器进行试验研究,针对FBG瓦斯压力传感器存在的温度-应力交叉敏感问题,进行了交叉敏感分析以及算法补偿,并对该传感器分别进行压力试验标定和温度影响试验标定。试验结果表明,该传感器压力范围0~10 MPa,温度灵敏度系数27.01 pm/℃,温度补偿后的压力灵敏度系数251.88 pm/MPa,与理论值接近。该传感器的结构模式可以有效避免安装误差和迟滞误差所带来的影响,同时便于组链开展多点分布式测量。     

基于光纤光栅传感器的高压开关柜温度监测系统的研究

鉴于高压开关柜高电压、强磁场的工作环境,提出了采用光纤光栅传感器监测开关触头温度的方案,并给出了温度监测系统的整体结构以及各部分的功能。针对裸光栅温度灵敏度系数低且易受交叉应力影响的问题,在光栅传感原理的基础上,设计了一种增敏型封装保护的光纤光栅温度传感器,经对比实验分析表明,增敏封装之后的传感器较裸光栅传感器的温度灵敏系数提高了近7倍,并且将外界应力的影响降到了最低,具有一定的工程实际意义。     

基于光纤Bragg光栅的悬臂梁式力检测系统

采用毛细金属管对光纤光栅进行了封装,设计了一种悬臂梁式光纤布拉格光栅力检测装置,对光纤光栅的温度和力传感性能进行了实验研究,分析了基于悬臂梁的双光纤Bragg光栅的力灵敏度。结果表明:毛细金属管能够对光纤光栅提供较好的保护,封装后其温度和力传感性能稳定,温度灵敏度为11. 1 pm/℃,力灵敏度为0. 891pm/N,而在悬臂梁上正反面粘贴两个相同的FBG能够进行温度补偿的同时,使力灵敏度提高两倍。     

温度解耦大量程光纤光栅应变传感器

飞机载荷参数测试中,部分结构会产生较大的应变集中点,为解决飞机结构大量程应变监测问题,提出了一种温度增敏、应变减敏的光纤光栅大量程应变传感器。分析了光纤光栅传感理论,设计了一种新型传感器基底结构,并对其进行有限元分析。对封装完成的传感器进行了温度标定、温度重复性及应变标定试验。试验结果表明:在10～60℃的环境下,封装完成的光纤光栅应变传感器温度灵敏度达到44.959 pm/℃,较裸光纤增敏4.5倍,线性度达到0.999;同一温度下中心波长变化量在±4 pm;在0～2000με的条件下,应变灵敏度为0.79 pm/με,较裸光纤减敏1.52倍,线性度达到0.999,多次应变循环重复性为±5 pm。封装完成的传感器具有较好的灵敏度和一致性,能满足飞机结构大量程应变的精确测量,在飞机应变集中结构的监测中具有发展前景。     

基于光纤布拉格光栅和放大基片的高灵敏度微位移传感器（英文）

提出了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)的微位移传感器。该器件由一对中心波长不同的光纤布拉格光栅和一个杠杆结构的金属衬底组成,布拉格光栅采用飞秒激光相位掩模法制作。被测物体的位移由杠杆结构放大,并转换为布拉格光栅的轴向拉力。通过理论分析和有限元模拟获得的放大系数分别为2.67和2.5。实验结果表明,在0至50μm范围内,光纤光栅中心波长的偏移与被测物体的位移呈线性关系,位移灵敏度达到121 pm/μm。级联的布拉格光栅可用于温度补偿。     

光纤布拉格光栅传感器拉力和温度交叉关系的研究

在光纤光栅传感器的应用中,是由拉力还是由温度引起的波长测量值的变化是很难区分的。用定义拉力和温度的相关函数方法,把温度因素从波长与温度、拉力的交叉关系中分离出来,对光纤布拉格光栅的拉力和温度之间的相关特征进行理论研究,并用实验装置进行实验数据的测定。实验中,拉力在1 000～16 000με,温度在1～30℃之间时,相关函数项的实验数据与理论计算基本一致。这样,当光纤布拉格光栅（FBG）类型的传感器被应用于探测比较大的建筑物的结构形态时,温度和拉力之间的相互影响就可以用这种方法被估算出来。     

基于3×3耦合器的光纤光栅温度传感器解调系统

针对光纤光栅的温度应变交叉敏感问题,提出了一种管式光纤光栅温度传感器,使用外径8mm、内径6mm、长9cm的不锈钢管作为材料,制作了只对温度敏感的光纤光栅传感器,实验表明,传感器呈现良好的温度线性,温度灵敏系数为9.72pm/℃,稳定性好。在此基础上,采用了基于3×3耦合器的干涉型光纤光栅温度解调方案,详细的推导了信号解调过程,经过实验验证了解调方法的可行性及稳定性,实验结果表明,温度测量系统在40℃～100℃的测量范围内温度测量误差小于0.1℃,达到了工程应用的要求。     

光纤光栅温度传感器应变补偿系统研究

提出采用D-S证据理论融合的多传感器信息融合BP神经网络模型方法,来解决光纤光栅温度传感器的应变补偿问题,即改善光纤光栅的交叉敏感现象。通过程序仿真和实验证实,此方法可以实现对光纤光栅温度传感器的应变补偿,达到光纤光栅温度传感器温度和应变的精确分离,其测量温度误差约为10-2,同时有效地抑制了光纤光栅传感器非线性的影响。     

利用掺铒光纤光栅实现应变测试中的温度补偿

为实现光纤光栅应变传感器使用中的温度补偿,设计并制作了掺铒光纤光栅测试系统,利用光纤光栅解调仪和高速数据采集卡分别测试了掺铒光纤光栅的布拉格波长及荧光寿命.通过测量在不同温度及应变作用下的光纤光栅布拉格波长及掺铒光纤荧光寿命,并对实验数据进行线性及非线性拟合,得到了掺饵光纤光栅的温度及应变响应测试结果.测试结果显示利用掺铒光纤光栅可以实现应变测试中的温度补偿,在不同测量范围内选择不同的拟合算法可以提高测量精确度.     

FBG传感器应变监测温度效应分析

光纤Bragg光栅(FBG)在土木工程健康监测中得到广泛应用。依据光纤光栅Bragg方程,从理论上分析了光纤光栅应变和温度传感的工作原理,阐述了光纤光栅应变和温度双参量共同作用时引起交叉敏感的物理机理;并结合济南奥体中心体育馆钢结构健康监测中应变监测的相关数据,分析了温度效应对应变测量的影响。结果表明:在应变测量中,温度场偏差是影响应变测量误差的主要因素,温度补偿时温度场的选取要保证温度与应变传感器所处温度场一致,一阶温度灵敏度系数对Bragg中心波长漂移的影响几乎是应变灵敏度系数的10倍;但应变和温度的交叉敏感效应及其二阶项效应的影响一般可以忽略。     

光纤布拉格光栅监测系统在现场监测混凝土挡土墙早期性能中的应用（英文）

应用光纤布拉格光栅温度传感器和应变传感器现场监测了混凝土挡土墙浇注早期的变形和温度变化情况。由于光纤布拉格光栅同时感应温度和变形,需要用布拉格光栅温度传感器对应变传感器进行温度补偿。监测结果表明,光纤布拉格光栅监测系统适用于混凝土早期性能的现场监测,通过与普通传感器监测结果对比,光纤传感器的结果更稳定,准确,且该监测系统可继续对混凝土结构的中长期性能进行实时监测。     

碳纤维复合材料封装光纤传感器研究

封装方法的研究对于光纤光栅传感有着重要的意义.封装后的光纤光栅传感器,须具备良好的线性度和重复性.提出了一种使用碳纤维增强复合材料进行封装的新方法,讨论了在复合材料中嵌入光纤光栅的工艺,封装后各传感器反射波长均有所增长,波形谱线也都比较尖锐没有出现啁啾现象,对封装后的传感器进行应变实验和温度试验,相关实验表明:此方法封装的光纤光栅传感器具有良好的线性度和重复性,并具有一定的增敏效果,可用于应变及温度测量,具有实际应用价值.     

光纤布拉格光栅在骨骼形变监测中的应用

针对传统骨骼形变监测技术中存在的传感器尺寸较大,易受电磁干扰,不易实现体内长期监测等不足,采用光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)作为骨骼形变监测的实现原理及应用方式.基于FBG应力传感原理,将不同中心波长的FBG粘贴于清理干净的肋骨上进行载荷实验,随后将采集的布拉格波长换算成形变,实时显示骨骼受载荷时的形变趋势.实验采用在多点粘贴FBG的方式,避免了温度、应变交叉传感的问题.实验表明,粘贴在猪肋骨上的FBG的波长变化与该位置受力产生的弯曲形变具有明显的线性对应关系,光纤光栅谱峰漂移随骨骼挠度变化的灵敏度可达39.005 25pm/mm.实验结果对发展微型、实时、集成骨骼健康监控具有一定的参考意义.     

光纤布拉格光栅应力传感技术研究与应用

介绍了光纤布拉格光栅测量应力的原理,论述了国内外光纤布拉格光栅在应力测量方面的研究与应用.分析了制备工艺、聚合物封装、化学蚀刻、复合材料封装等对光纤布拉格光栅在测量范围、测量精度、工作寿命、多路复用以及实用性方面的影响.指出了光纤布拉格光栅要在实际中得到更广泛的应用,仍需作更多的研究,找到简便易行的封装方法,从而实现更高精度、更大范围的信号检测.     

基于靶式和悬臂梁的FBG流量/温度同时测量研究

提出一种基于靶式结构和悬臂梁结合的新型流量/温度同时测量的光纤Bragg光栅(FBG)传感器。当流体流过传感器,流速的变化引起圆形靶产生应变,应变传递到等强度悬臂梁1上,进而引起粘贴其上的FBG1波长发生改变,而粘贴在悬臂梁2上的FBG2波长不发生改变;流体温度发生变化会引起FBG1、FBG2波长同时发生改变,且波长改变相同;通过测量两光栅的波长,得到流体的流量和温度。在水和蓖麻油实验得到:传感器的流量测量范围分别是400～2200cm3/s和700～1800cm3/s,温度测量范围是0～100℃。     

光纤布喇格光栅高温敏封装技术的研究

将光纤布喇格光栅封装于一种有机聚合物基底中 ,对其温度特性进行了研究 ,测量了 2 0～ 10 0℃不同温度下光纤光栅的反射谱。由于基底材料的带动作用 ,封装后的光纤光栅温度灵敏度为 76 .37× 10 - 6 /℃ ,是相应裸光纤布喇格光栅的 11.3倍     

具有增敏效果的光纤光栅应变传感器的预紧封装及传感特性

为了提高光纤光栅测量应变的精度,在对光纤光栅传感器基底形状进行有限元分析的基础上,设计出了一种具有增敏效果的预紧封装光纤光栅应变传感器,并采用等强度梁对具有增敏效果的基片式光纤光栅传感器进行了测试和标定,得到传感器灵敏度为0.857pm/με,是普通基片式光纤光栅传感器灵敏度的1.18倍。在MTS试验机上进行寿命试验,经10000次重复拉伸疲劳试验后,光纤光栅传感器的光谱并未出现双峰等现象,也没有发生蠕变,抗疲劳性能良好。