基于光纤布拉格光栅的多点压力测量

采用在平板表面开槽并铺设具有布拉格光栅的裸光纤来测量平板的表面压力,利用平板表面弯曲路径的凹槽,使裸光纤各测量点能实现独立测量;研究了粘贴剂弹性模量和凹槽尺寸对压力灵敏度的影响,利用有限元仿真验证了光纤平均轴向应变和平均压力值之间的良好的线性关系,得出可以利用光纤平均轴向应变来对平板上多点的平均压力进行测量的结论。     

可调量程的轮辐式光纤光栅扭矩传感器

设计了一种以轮辐结构作为弹性元件的可调量程的光纤布拉格光栅扭矩传感器。在弹性板与轴向平行的上下表面对称粘贴两个中心波长不同的光纤布拉格光栅,分别作为传感元件和参考元件。通过对扭矩值与两者反射中心波长差值的标定,可以排除环境温度的影响,实现温度自补偿的功能。采用卡口连接的方式将弹性板与内轮毂、外轮毂进行连接,并用螺栓固定,通过更换弹性板可以调整传感器的量程。经仿真分析和扭矩传感实验证明,量程为80 Nm时,扭矩传感器的平均应变灵敏度为27.1 pm/Nm,相关系数为0.997,重复性误差为3.23% FS,迟滞误差为1.03% FS。     

基于光纤布拉格光栅的温度应变复合测量系统

本文基于光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)传感原理和可调谐滤波器解调技术设计了一套可用于工程中温度和应变监测的复合测量系统.对系统进行模块化设计,可根据应用实际情况配置各个模块,能够实现14通道同步并行测量,每通道最多可负载16支FBG传感器,即最多能实现224个待测点的实时同步测量.针对可调谐滤波器输出波长的非线性漂移问题,提出了可调谐滤波器的自适应驱动算法,波长拟合残差小于1 pm,确保系统的测量精度.系统的温度测量精度小于±0.5℃,稳定性良好.将本文系统应用于混凝土监测领域,测量结果验证了其可行性,可以满足实际工程应用的需要.     

基于光纤光栅的光纤电流传感

将光纤光栅(FBG)封装入以超磁致伸缩材料(GMM)与永磁体构成的传感基座内形成系统核心传感部件,并将其放置于电流形成的磁场中,构成电流传感器。利用光纤迈克尔逊干涉仪(MI)对FBG波长的变化进行解调,从而获得被测交流电流信号。实验结果表明,检测幅值100 A~2000 A的交变电流时,该传感器对交变电流具有良好的线性响应。     

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.     

基于光纤光栅的多波长光纤激光器

基于光纤光栅的多波长光纤激光器     

利用光纤光栅测量加速度的方法研究

提出了一种基于长周期光纤光栅(LPFG)弯曲特性的加速度传感方法.传感系统采用悬臂梁结构,LPFG粘贴于悬臂梁的上表面,将悬臂梁的自由端受力产生的梁体弯曲转变成长周期曲率的变化,来监测光栅谐振谱的幅值和波长变化.并在系统中加入布拉格光栅(FBG),利用其反射特性记录固定波长处长周期光栅谐振谱的变化,然后将其转化为加速度...     

恶劣环境下的光纤光栅扭矩传感器研制技术和验证

为了实现在强电磁场干扰和水中环境等恶劣条件下对扭矩的精确稳定测量,本文对基于光纤光栅的扭矩传感原理进行了研究,采用全桥光路的设计,研制了一种新型的基于光纤光栅的扭矩传感器,该方案实现温度和弯矩的自动补偿。经实验验证,采用全桥光路方案的传感器最大非线性误差为0.02%FS、重复性为0.05%FS,显著优于仅采用单根光纤光栅的扭矩传感器。本文为工作在恶劣环境下,尤其是水中和强电磁干扰环境中的扭矩测量的研究与应用提供了重要参考。     

非调制式光纤细分光栅测量系统

本文介绍一种测量速度快、抗干扰性能好的光纤细分光栅测量系统，细分数可达数百。     

光栅扭矩传感器的信号电路设计

针对水轮机主轴扭矩检测系统中的光栅扭矩传感器,设计了一种新型电路。采用ispPAC10芯片,通过器件编程的方式,实现对模拟信号的放大、整形和滤波,避免了传统模拟电路调试的麻烦。利用CPLD工作频率高的特点,进行高精度细分,结合MCU系统,完成对数据的处理。实验证明,以这种新型电路对扭转角位移进行测量时,精度高达0.001o/m,实现了扭矩的实时、高精度测量。     

基于逆向建模和光纤光栅测量的风扇叶片的应力分析

通过对研究对象风扇叶片进行三维坐标测量并将其测量结果导入PRO/E 3.0中进行CAD逆向建模,便可还原叶片模型.将所得到的叶片模型导入有限元分析软件ANSYS,定义好材料属性和边界条件进行应力应变分析,从而得到叶片在旋转离心作用力和流体载荷下的变形和应力分布.为验证对比,在叶片4个不同目标位置贴上光纤传感器进行应力应变测量.测量结果表明光纤测量目标位置应力应变结果和有限元分析数据基本一致.从而验证了光栅测量方法的可行性和逆向建摸的可靠性,并依此确定了叶片的危险部位即位于叶片根部弯曲较大的边缘地带,为叶片的进一步优化设计及其在线监测提供了理论依据.     

基于级联长周期光纤光栅的溶液折射率与浓度的测量研究

级联长周期光纤光栅的谐振峰对外界折射率较敏感,利用该特性制成的折射率传感器可以实现对溶液折射率和浓度的实时在线测量。通过对不同折射率的NaCl溶液和蔗糖溶液的实验研究,得出溶液折射率、浓度与谐振峰之间的关系。实验结果表明: LPGP较为灵敏的外界折射率范围为1~1.4513,在此范围内,随着外界折射率的增加,透射谱干涉峰的幅值逐渐减小而谐振波长逐渐向短波方向漂移。该传感器可应用于生物、化学、过程控制等高灵敏度传感领域的各种溶液进行监控,具有较高的实用价值。     

新型光纤扭矩测量方法

提出了利用光纤微弯损耗测量相对扭转角的原理,并建立了双向可测缠绕式光纤扭矩测量的理论模型,可以实现扭矩的实时动态测量。同时,提出了数字式无线信号传输的设计方案,可以解决旋转系统扭矩测量的信号传输问题。实验表明,在±50°的相对扭转角测量范围内,实现了灵敏度为0.383dB/1°的双向测量;动态测试条件下,测量精度在0.5%±0.22%之内。     

基于单片机的光纤光栅解调仪

光纤光栅的解调技术是光纤光栅传感器的关键技术,该文提出了基于单片机的光纤光栅解调系统模型,研究了可调谐F-P滤波法解调原理以及解调系统的框架.经实践证明,系统测量精度达到5pm,是低成本、通用的解调系统,是Bragg光栅传感器实用化的关键.     

用于高温测量的蓝宝石光纤光栅的制备研究

针对蓝宝石光纤的制作、蓝宝石光纤包层材料的选取与制作、蓝宝石光纤上光栅的制作及蓝宝石光纤光栅通过降低模式从而实现单模传输等问题,调研相关文献后,介绍了激光加热焊台生长法、边缘限定薄膜供料生长法两种蓝宝石光纤制作方法,和直接在蓝宝石光纤表面制作包层、质子/离子植入和退火处理、化学沉积法、浸铸法等蓝宝石光纤包层的可能制作方法,且用刻刀刻划技术、等离子刻蚀技术、飞秒激光加工技术刻制蓝宝石光纤光栅以及通过弯曲光纤、将蓝宝石光纤直径做小和与单模光纤连接来控制蓝宝石光纤传输模式以达到单模传输。     

温度应变同时测量的光纤光栅系统的研究

为了同时传感温度和应变,在同一根光纤的两个不同地方写入相同的Bragg光栅,设计制成一种特殊机构的传感系统。由于测量结构特殊,两处光纤光栅的反射峰具有成比例的应变响应系数和不同的温度响应,测出温度后,应变也同时算出。实际测量表明,该系统结构简单,测量精度高,能进行实时测量。     

分布式光纤光栅应变和温度同时测量系统

设计了分布式光纤光栅应变和温度同时测量系统,光源为时钟脉冲宽带光源,结合时分和波分复用技术解决光纤光栅传感网络的复用寻址问题,选用不同包层直径光纤相熔接的应变补偿法传感头设计方案,实现了温度和应变的同时测量.采用阵列波导光栅技术对传感信号进行解调,通过理论分析证实了系统方案的可行性.系统对应变和温度的测量范围为0～2500 με和25～120℃,误差分别为±17 με和±1℃.     

光纤光栅的缆索锚固区索力测量传感器设计

在光纤光栅传感器测量缆索索力的应用中,为了保证传感器的存活率以及解决超量程测量的问题,设计了一种桥梁缆索锚固区植入式光纤光栅应变传感器。通过对桥梁缆索特性分析,对该传感器的封装结构、封装材料的弹性模量提出设计要求,并选择环氧树脂添加微细硅粉作为传感器封装层材料。利用拉力试验机对植入式应变传感器进行力学传感器性能实验,其线性度R2为0.99974,灵敏度为2.74pm/N,重复性好。把植入式传感器植入缆索锚固区,进行缆索张力实验。实验数据具有良好的线性度和重复性。     

一种用于低频测量的光纤光栅振动传感器

利用光纤光栅敏感技术,设计了一种用于低频测量的光纤光栅振动传感器.该传感器采用了等强度悬臂梁作为振动传感元件,并在等强度悬臂梁的上下双面优化布置性能匹配的两个光纤光栅,一个为振动敏感测量光栅,另一个为信号匹配滤波解调光栅.该结构设计可以补偿温度的不利影响,同时也提高了传感器信号检测的灵敏度.实测结果表明,该传感器可以用于25 Hz以下的低频目标的振动测量.     

光纤光栅传感器用于飞行试验应变测量的可行性研究

为推进光纤光栅(FBG)传感器在飞行试验应变测量中的应用,对其进行地面验证试验,并分析传感器封装结构、测试粘接工艺对应变测量的影响。FBG在飞行试验应用中具有体积小、质量轻的优势,但光纤易受损,需用不锈钢基片将光纤封装后使用AB胶与被测基体粘接。该文通过FBG与电阻应变计对比实验,验证其应变测量可行性,结果表明,FBG传感器响应趋势与电阻应变计一致,但封装后的FBG在胶结层存在较大应变损失;进一步建立应变传递模型进行仿真分析,定量计算测量误差,提出在满足飞行试验工艺可行性的前提下,胶结层厚度应尽量小,弹性模量应尽量大,即可有效提升FBG应变测量精度。