FRP-FBG智能复合板的制作及其传感器特性研究

结合纤维增强聚合物(FRP)材料的强度特性和光纤布拉格光栅(FBG)的感知特性,研制开发了FRP-FBG智能复合板.阐述了FBG的应变和温度传感原理,研究了FRP-FBG智能复合板的制作工艺,通过标准材料试验和水浴法试验分析了该智能复合板的应变和温度传感特性.结果表明:与裸FBG相比,FRP-FBG智能复合板基本不改变FBG的应变传感特性,但温度传感系数却提高了约2.2倍;基于目前的光栅解调系统,该智能复合板可以探测识别1 με与0.03 ℃的应变与温度变化.     

低温环境下FBG温度传感特性研究

在低温环境中,光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)材料的热膨胀系数和热光系数会发生改变,从而影响其温度传感特性。文章通过实验研究了裸光纤光栅传感器和黄铜管封装的光纤光栅传感器在低温下的温度传感特性。结果表明,在80~300 K温度范围,裸FBG温度传感器的灵敏度为6.43 pm/K,线性度为0.974,在80~230 K温度范围,温度与光纤光栅的中心波长呈现非线性关系;黄铜管封装的FBG温度传感器,在整个温度范围内灵敏度可达26 pm/K,线性度为0.996,较裸FBG温度传感器均有较大提升。对比实验表明,对光纤光栅进行封装,可以提高其温度灵敏度和线性度,改善温度传感特性。     

基于LPFG与锥形光纤级联的温度与应变测量传感器

工程中对具有多参量同时测量功能的光纤传感器有很大的市场需求.为了实现多参量的同时测量,将长周期光纤光栅(LPFG)与锥形光纤级联构成传感器,研究了传感器对环境温度与轴向应变的传感特性,利用传感器透射谱中2个谐振峰波谷的温度和应变灵敏度构建测量矩阵,消除了交叉敏感,完成了温度与轴向应变的同时测量.实验结果表明:传感器透射...     

一种新的灵敏度可调谐FBG解凋技术

实验研究了一种基于机械微应变引入长周期光纤光栅(LPFG)的灵敏度可调谐的光纤布拉格光栅(FBG)应变传感系统.利用机械线加工技术设计了周期性压力槽,通过螺旋微位移结构定量推进弹簧进而对光纤施加径向压力,写制出谐振峰值可调谐的LPFG.紫外激光写入技术制作的FBG的波长位于LPFG的谐振边带范围内时,利用该LPFG作为透射滤波器实现了一种新的灵敏度可调谐FBG应变传感系统.实验分析了施加在LPFG上的压力由20 N调节至60 N时对FBG施加O～3000με的灵敏度可调谐传感实验结果,FBG传感系统光功率变化率由0.802 nW/με增加到1.204 nW/με.     

光纤光栅传感网络对桥桩结构的健康检测

基于对实验桥墩应变点分布的有限元法分析,设计了相适应的光纤Bragg光栅(FBG)传感网络。传感网络根据土层结构分10层布置,每层包括8个FBG应变传感器和1个温度补偿器。对桥墩进行自平衡静载荷实验,分12次完成,每次加载2350kN并持续2h,FBG传感网络实时监测不同载荷下桥墩桩结构的应变分布。监测结果表明:与传统的载荷-位移(Q-S)曲线方法相比,FBG传感网络在桥墩承载实验中能全程反映整体桩结构的变化,实现对桥梁的健康安全检测。     

基于可调环形光纤激光器的动态应变传感系统

提出了一种具有高达65 dB高光学信噪比的光纤布拉格光栅(FBG)动态应变传感系统.该方法基于可调光纤环形激光器结构,并采用马赫-泽德干涉仪(MZI)相位解调的方法实现FBG传感信号的解调.实验结果表明,在2 km处FBG获取的传感信号达到了52 dB电信噪比,从而获得了6.7×10-12/Hz1/2的高应变分辨率.     

光纤布喇格光栅的低温传感特性研究

为了解决光纤光栅在低温环境中的应用问题,该文从光纤布喇格光栅(FBG)的传感理论出发,通过深入分析了FBG在-60~25 ℃时热光系数和热膨胀系数的变化。采用2根未封装的FBG进行实验验证,得到了FBG在低温环境下的响应情况。研究结果表明,FBG在低温环境下具有良好的响应和重复性,这对FBG在低温环境中的应用具有重要指导意义。     

基于LabVIEW的光纤布拉格光栅动态解调系统

为了实现光纤光栅动态解调的目的,采用了一种基于长周期光栅(LPFG)边缘滤波特性解调光纤布拉格光栅(FBG)的动态应变检测系统.将FBG作为传感元件,利用长周期光栅边缘滤波特性对光强调制,经光电转换获得电压信号,通过高速数据采集卡与LabVIEW软件设计结合由计算机采集.进行了振动实验,采集信号的时域波形图并进行频谱分析.试验结果表明该系统具有良好的动态响应特性,可实现2.5 kHz以内的动态应变监测.     

光纤光栅毛细钢管封装工艺及其传感特性研究

提出了一种光纤光栅 (FBG)的毛细钢管封装工艺 ,并通过材料试验和水浴法试验对其应变与温度传感特性进行了研究。与裸光纤光栅的测试结果比较表明 ,毛细钢管封装工艺基本不改变光纤光栅的应变传感特性 ,但是温度灵敏度系数提高了约 2 5倍。经过该工艺封装的光纤光栅可以探测识别 1με与 0 .0 5℃的应变与温度变化。     

基于闪耀光纤光栅透射特性的分布式光纤布拉格光栅传感器解调方法

建立了一种基于闪耀光纤光栅(BFBG)透射特性的分布式光纤布拉格光栅(FBG)传感器的解调系统。由两个中心波长相近、光栅长度不同的FBG并联组成一个传感探头(FBG1用于参考,FBG2用于传感),以消除温度对应变测量的影响。将BFBG两端与加有10 Hz锯齿扫描电压的压电陶瓷(PZT)相固定,使BFBG的主模和边模发生周期性的同向偏移,对传感探头的光谱信号进行解调。从BFBG出来的透射光经光电管将光强变化转化为电信号,用计算机对待测应变量进行实时分析显示。实验表明,用BFBG进行光谱解调是可行的(微应变测量的分辨率为5με),并且成功地解决了温度和应变交叉敏感的问题,所建立的实验系统稳定可靠,成本低。     

光纤光栅埋入后温度、应变解耦分析

光纤光栅传感器在现实应用中的一个主要问题是温度和应变的交叉敏感问题.介绍了光纤双光栅同步测量温度和应变的原理,设计了一个光纤双光栅温度、应变测量系统,对光纤双光栅的温度和应变传感性能进行了实验研究,结果表明光纤双光栅具有多参量同时测量的能力.     

Fiber Bragg Gratings in Small-Core Ge-Doped Photonic Crystal Fibers

This paper reports fiber Bragg gratings （FBGs） inscribed in a small-core Ge-doped photonic crystal fibers with a UV laser and a Talbot interferometer. The responses of such FBGs to temper- ature, strain, bending, and transverse-loading were systematically investigated. The Bragg wavelength of the FBGs shifts toward longer wavelengths with increasing temperature, tensile strain, and transverse-loading. The bending and transverse- loading properties of the FBGs are sensitive to the fiber orientations.     

一种同时测量温度和应变的光纤光栅传感器

报道了一种新型实用的用单根光纤布拉格光栅(FBG)实现温度和应变分离传感的技术。当光纤光栅一部分包层直径变小时，整个光栅可以看成由两个周期相同但直径不同的子光栅连接而成。理沦分析和实验都证实了这两个子光栅具有相同的温度敏感性和不同的应变敏感性．由此实现光纤光栅传感器中温度和应变两参数的分离测量，而且这两个子光栅的中心波长间距可以直接测量应变大小．温度变化不影响所测量的应变值。实验中光栅的一部分包层直径被HF酸腐蚀到82μm．获得了两子光栅应变响应系数分别为0．00201nm/με．0．000858nm/με，二峰间距的应变响应系数为0．00116nm／με．二峰的温度响应系数均为0．01nm/℃的测量结果．依据这些结果可以对温度和应变进行同时分离测量。     

基于遗传算法的光纤光栅交叉敏感解调研究

光纤光栅在现代传感领域应用广泛,但交叉敏感特性严重制约了其发展。针对光纤光栅在传感领域应用中存在温度与应力交叉敏感的问题,提出了一种基于遗传算法的解调方案,建立了遗传算法的快速解调模型,经过数学分析得到遗传算法目标方程、适应度函数,系统讨论了参考光纤光栅与传感光栅的反射中心波长不同、反射峰值不同情况下的解调结果。数值研究结果表明,提出的基于遗传算法的解调方案可以有效地解调出参考光纤光栅与传感光栅参数不同情况下的温度与应变变化,有效地区分出温度与应力的影响,温度检测精度为0.1 ℃,应力检测精度为1.5 。打破了传统参考光纤光栅法要求传感光栅与参考光栅一致的要求,降低了系统的组建难度。     

UV-Inscribed Optical Fiber Gratings in Mid-IR Range and Their Laser Applications

We have UV-inscribed fiber Bragg gratings (FBGs), long-period gratings (LPGs), and tilted fiber gratings (TFGs) into mid-IR 2m range using three common optical fiber grating fabrication techniques (two-beam holographic, phase mask, and point-by-point). The fabricated FBGs have been evaluated for thermal and strain response. It has been revealed that the FBG devices with responses in mid-IR range are much more sensitive to temperature than that in near-IR range. To explore the unique cladding mode coupling function, we have investigated the thermal and refractive index sensitivities of LPGs and identified that the coupled cladding modes in mid-IR range are also much more sensitive to temperature and surrounding medium refractive index change. The 45 tilted fiber gratings (45-TFGs) as polarizing devices in mid-IR have been investigated for their polarization extinction characteristics. As efficient reflection filters and in-cavity polarizers, the mid-IR FBGs and 45-TFGs have been employed in fiber laser cavity to realize multi-wavelength 2 m Tm-doped CW and mode locked fiber lasers, respectively.     

光纤光栅传感器交叉敏感问题的研究

交叉敏感是光纤光栅固有的问题,已成为制约光纤光栅传感器在实用化等方面的关键问题,为此从光纤Bragg光栅应变、温度交叉敏感的物理机制出发,详细介绍了国内外多种关于交叉敏感问题的解决方案和各类方案的工作原理.     

高精度准分布式光纤光栅传感系统的研究

利用一个经过温度补偿封装的长周期光纤光栅解调系统中所有测量点的传感光栅的波长漂移,实现了实时、高效解调的准分布式测量.理论研究表明该系统适用于对温度、应变等参量的多布点准分布式测量.并以温度为例从实验上研究了高精度的准分布式光纤光栅传感系统.通过改善每个测量点的测量精度来提高整体系统的测量精度.利用金属槽对传感光纤布喇格光栅进行增温敏封装,使其温度灵敏系数比普通裸光栅提高了3.6倍,并利用经过温度增敏封装的光栅作为传感元件,在110℃(-50 ℃-60 ℃)的动态范围内实现了精度为0.04- ℃的多布点准分布式温度测量,理论分析与实验结果一致.     

Uniform fiber Bragg grating first- and second-order diffractionwavelength experimental characterization for strain-temperaturediscrimination

A full experimental characterization of the first- and second-order diffraction wavelengths of fiber Bragg gratings (FBGs) fabricated in a single optimized UV-writing process is presented in this letter. These devices are useful for the simultaneous measurement of strain and temperature     

光纤布拉格光栅和长周期光栅传感器对油气井下应力和温度的同时测量

本文报导了用光纤布拉格光栅和长周期光栅结合的传感器系统对油气井下应力和测试实现同时在线检测。实验中用一宽带半导体激光器驱动一损耗中心波长为λＬＰ＝１５５０ｎｍ的长周期光栅和两个反射中心波长分别为λＢ１＝１５４０ｎｍ和λＢ３＝１５６０ｎｍ的光纤布拉格光栅。信息处理部分采用光纤平面法－珀滤波器进行波长扫描测量。     

Transverse Strain Measurements Using the Birefringence Effect in Fiber Bragg Gratings

Birefringence in fiber Bragg gratings (FBGs) leads to polarization-dependent properties such as polarization-dependent loss (PDL). Although this property is not desired for telecommunications applications, we demonstrate that the PDL generated by uniform FBGs written into standard single-mode fiber can be advantageously used for transverse strain measurements, which is not directly possible through amplitude spectral measurements.