光纤光栅温度应变同时测量传感技术研究进展

介绍了光纤光栅温度应变传感器的基本原理,对当前常用的实验方法进行了分类。简要介绍了参考光纤光栅法、双波长叠栅法、光纤Bragg光栅(FBG)与长周期光栅相结合的方法、不同包层直径光栅对法、纤芯掺杂法以及光纤光栅F-P腔法等方法的机理,并对每一种方案进行了详细的分析,讨论了其优缺点和改进方向。     

同时测量应力和温度的光纤传感技术述评

有时对埋入复合材料的光纤传感器要求能同时测出材料所受的应力(应变)和温度.然而我们得到的输出量往往是两光束的相位差,如何据此判断探测光纤是只受到应力影响(指温度不变)或只受到温度影响(指无应力状态),还是更经常遇到的应力、温度同时变化?这便是当前光纤传感领域急需解决的实用性很强的一个课题,并已成为近两年研究的热点.     

用单光纤布拉格光栅实现应力和温度同时测量

本文提出一种新型的基于光纤布拉格光栅的传感器,实现应力和温度同时测量。将一个布拉格光栅刻写在掺铒／钇光纤上,利用掺铒／钇光纤放大器的自发放大发射能与温度的线性关系来确定温度的变化,通过测量布拉格光栅波长的偏移来确定应力的数值。用法布里－珀罗可调谐滤光器接收信息,可实现应力和温度的分离,实验获得的应力和温度的测量范围分别为0－1400με和45－180℃。     

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.     

基于金属化光纤光栅的温度应变同时测量

光纤布拉格光栅(FBG)传感器具有温度和应变交叉敏感特性,可用于温度和应变的同时测量。金属镀层可对FBG产生温度增敏的作用。针对室温化学固化型义齿基托树脂在凝固过程中同时产生收缩应变和放热现象,本文将化学镀镍FBG与裸FBG相结合,设计出一种新颖的测量结构,实现了温度和应变双参数同时测量。通过深入分析,得到室温固化型义齿基托树脂在凝固后21 min左右放热最大,其最大温度变化ΔT达到12.8℃,收缩的应变Δε为2.61με。该研究成果可为口腔修复治疗提供理论基础。     

弯曲光纤光栅温度与应力传感特性研究

光纤布拉格光栅(FBG)是利用纤芯折射率的周期性变化实现传感的光纤器件,消除待测参量与温度的交叉敏感性是其在应用过程中必须解决的关键问题.采用典型的双光栅结构,分别将两支FBG粘贴于弯曲金属薄片的内侧和外侧,测量金属薄片在温度与应力作用下FBG的反射波长.实验结果表明,两支光栅的反射波长随温度升高而增加、与应力成相反的线性变化关系.根据此现象可有效消除温度变化对FBG的影响,实现应力测量.     

应变和温度同时测量光纤光栅传感器的研究

光纤光栅的出现给一直停滞不前的光纤传感领域带来了新的生机 ,但解决应变、温度的交叉敏感问题 ,实现应变、温度的同时测量一直是光纤光栅传感器的关键问题。从其产生机理出发 ,分析讨论了国内外解决此问题的最新进展 ,并提出了一种新颖的应变、温度光纤光栅传感器系统     

光纤光栅传感器在桥梁应变测量中叉敏感问题的研究

本文从理论上介绍了布喇格光栅传感器传感原理及交叉敏感问题的物理机制,并针对桥梁结构这一复杂环境的内部应变,提出了一种解决交叉敏感问题的新颖方案.     

光纤光栅高温高压传感器技术

随着光纤光栅传感器的广泛应用,高温、高压、强电磁干扰等工业环境是光纤光栅传感器应用的一个重要方向。介绍了油气井下高温、高压等恶劣环境下使用的光纤光栅高温传感器、高压传感器。阐述了现有的一些典型的技术方案、传感器结构设计等。分析了其特性,并对其应用前景进行了展望。     

基于光纤光栅的应变和温度同时测量传感技术的研究进展

从理论上分析了引起光纤光栅交叉敏感问题的物理机制、基于双波长矩阵法和双参量矩阵法的各种应变和温度同时测量方案;对各种方案进行了详细的分类,介绍其工作原理并分析了各自的优缺点;最后提出了新型光纤光栅(FBG)与非本征法珀干涉仪(EFPI)复合传感器,其中FBG对应变敏感,EFPI只受温度影响.     

管式光纤光栅温度传感器封装与传感特性研究

介绍了两种管式光纤光栅温度传感器的金属型封装方案,对其温度传感特性进行了实验研究与分析。使用外径5 mm、内径4 mm、长度50 mm的管式结构不锈钢材料对光纤光栅进行探头式保护型封装以及温度增敏型封装,所得探头式保护型封装传感器的温度灵敏度系数为9.86 pm/℃,温度增敏型封装传感器的温度灵敏度系数为29.97 pm/℃,是裸光栅的3倍,表明使用热膨胀系数大的封装材料可获得灵敏度更高的传感器。实验结果表明,两种封装形式的传感器均得到很好的重复性,并没有迟滞现象,线性拟合度都达到0.999以上。     

基于三角滤波器的光纤光栅交叉敏感技术研究

光纤光栅传感器对温度、应变都具有敏感性。在作为应变传感器使用时,为了保证测量精度,利用FFP(fiber Fabry-Pérot)干涉仪反射谱的上升沿和下降沿设计了三角陷波器,实现了光纤光栅应变的单参数测量,有效地消除了温度的交叉敏感影响。该方法具有原理简单、易于实现等优点,在-20~70℃温度变化范围内,应变误差为±4×10-6,能够满足桥梁测量中对该参数的要求。     

Simultaneous measurement of temperature and strain with long period grating pairs using low resolution detection

An investigation showing the performance of compact long period grating (LPG) pairs under demanding experimental conditions, making comparisons with the use of single LPGs for the simultaneous measurement of strain and temperature is presented. In this work, a LPG pair (LPGP) sensor comprising two weak (2.5 dB each) LPGs, 13 mm apart, was compared against the performance of two single LPG sensors (LPG1 & LPG2) with coupling strengths of 2.5 dB and 12.5 dB, respectively. All the LPG sensors used were subjected to extreme conditions arising from the fabrication, by choosing a high amplitude mask period with short physical length LPGs, and the high temperature annealing processes. In addition, a low resolution detection instrument was used to capture the spectra under study. Results have shown that the LPGP is 40 times better than the first single LPG used (LPG1) and three times better than the second LPG (LPG2). Using the error analysis methodology of Brady et al., the temperature and strain errors due to the uncertainty of the wavelength measurement for each of the LPG1, LPG2, and LPGP were compared with the typical performance of various fibre Bragg grating (FBG)-based sensor schemes under similar testing conditions. It was found that LPGPs offer the best performance especially when using low resolution detection instrumentation.     

光纤光栅传感系统的现状及发展趋势

介绍了光纤光栅传感系统的构成,分析了光纤光栅传感系统所用的3种不同的光源LED,LD和掺铒光源的性能,阐述了光纤光栅传感器的工作原理和各种不同的温度和应力的区分测量方法,描述了滤波法、干涉法、可调窄带光源法等几种常用的信号解调技术,最后,提出适应未来的需要如何对光纤光栅传感系统的光源、光纤光栅传感器和信号解调进行优化。     

无胶化封装的光纤Bragg光栅高温应变传感器及其特性研究

本文提出了一种全新的具有极好温度自校正能力的光纤Bragg光栅高温应变传感器结构,并提供一种新的封装方式能够实现在250°C高温环境下应变的高精度测量并且具有极好的稳定性和重复性,可应用于250°C左右的环境下大型机械等接触式高精度应变测量,另外该结构简单能够实现量产,对高温环境下的工程应用具有很好的实用价值。我们通过实验获得传感器在250°C左右的应变测量灵敏度约为372.6pm/N,线性度为R2=0.9992。     

光纤光栅传感技术在大结构监测中的应用进展

在众多的传感器种类中,利用多个光纤光栅传感器可构成多路和分布式传感器等各种形式的光纤传感网络等优点,使它正在成为传感器领域中新的研究方向。光纤光栅传感器所具有的独特的技术优势使其非常适合用于桥梁、堤坝、建筑物、航空航天、航海、海洋石油平台及油田等大结构工程的监测。论述了该技术的特点和近年来在国外大结构中的应用。