光纤光栅温度和应变的同时测量

从理论上分析了Bragg光栅对应变和温度的交叉敏感问题，提出了一种实现光纤光栅温度和应变的同时测量的方法．     

粘贴式光纤光栅应变传感器的应变传递分析

通过分析光纤光栅传感器的原理,定义了应变传递系数,建立了粘贴式光纤光栅应变传感器5层有限元结构模型,通过计算机的仿真计算得到不同粘接剂、材料的弹性模量以及它们的厚度对应变传递系数的影响.     

基于光纤光栅的温度不敏感光学麦克风

研制了一种基于光纤光栅的温度不敏感型光学麦克风。该麦克风由振膜传感声波信号,由一对匹配光栅来实现波长调制解调的功能,同时匹配光栅还可作为温度补偿的装置。从理论上解释了匹配光栅温度补偿的原理。实验证明,这种光学麦克风不仅能够获得稳定的传声效果,而且表现出较宽的频率响应范围(400~2 100Hz)和平坦程度,并且静态输出光功率随外界温度变化仅为0.0233 dBm/℃,表现出对温度的不敏感性。     

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.     

一种对温度不敏感的光纤布拉格光栅加速度计

提出了一种新型的基于光纤布拉格光栅(FBG)反射带宽和反射光功率测量的加速度计,其是将单根FBG斜向粘贴在矩形简支梁侧面构成的,通过在简支梁中间粘贴重物感应竖直方向的加速度,通过梁的弯曲改变FBG反射带宽和反射光功率。实验结果表明:FBG的反射带宽具有很好的线性响应,其测量范围可达到8g,因带宽展宽造成FBG的反射率降低,因此反射光功率的线性响应范围只有4g;带宽和功率灵敏度分别为0.4nm/g和4.57μW/g;由于温度仅改变FBG的布拉格波长,而对其反射带宽和光功率几乎没有影响,所以加速度计对温度变化不敏感。     

基于ASE光源解调的光纤光栅应变传感器

介绍了光纤光栅应变传感器的工作原理,提出了一种应用放大自发辐射光源(ASE)线性段对光纤光栅应变传感器进行解调的新方案.此方案所用装置结构简单,测量范围大,灵敏度适中,能实现静态和动态测量.实验中对悬臂梁的应变进行了测量,输出电压与悬臂梁的轴向应变成线性关系,与理论值符合得较好.电压/应变灵敏度系数为-4.003 5×10-3V/με,测量范围达到了1 106个微应变.     

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。     

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。     

固化于CFRP的光纤布拉格光栅应变传感特性研究

将碳纤维复合材料(CFRP)与光纤传感器相结合构成智能先进复合材料,对固化于CFRP的光纤布拉格光栅应变传感特性进行了实验研究.实验结果表明:光纤布拉格光栅B ragg波长对应变表现出很好的线性和重复性;布拉格光栅与基体材料粘结情况的好坏,对应变灵敏性与可靠性有直接影响;用电阻应变仪对布拉格光栅光纤传感器应变传感特性进行实验对比标定,得出了表征FBG性能的应变传感灵敏系数.结果表明测试数据稳定可靠,FBG光纤传感器具有优异的应变传感特性,为智能先进复合材料的研发与应用提供了重要依据.     

光纤传感器的应用及发展

简要介绍了光纤传感器的特点，综述了光纤传感器的发展以及近期国际上光纤传感器的研究和应用情况，最后描述了其前景和主要研究方向.     

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℃。     

埋入光纤布拉格光栅传感器的智能碳纤维复合塑料

根据弹性力学和边界条件,得出了光纤布拉格光栅(FBG)传感器应变测量值与基体材料实际应变的关系方程。通过裸光栅直埋基体材料界面传递的特征系数,可表征和计算FBG检测应变与测点实际应变的误差及修正系数。并对固化于CFRP的FBG变传感特性进行了实验研究。结果表明:FBGBragg波长对应变表现出很好的线性和重复性。用电阻应变仪对FBG传感器应变传感特性进行实验对比标定,得出了表征FBG性能的应变传感灵敏系数。FBG传感器具有优异的应变传感特性,为先进智能复合材料的研发与应用提供了依据。     

双膜片结构光纤光栅地震检波器低频特性的研究

提出了一种双膜片式的光纤光栅(FBG)地震检波器,此结构有效限制了检波器横向响应。对该检波器的纵向加速度灵敏度和幅频特性进行了理论分析,并指出了影响这种检波器纵向加速度灵敏度的因素。实验结果表明,该种检波器在5～200Hz频率范围内频响平坦,纵向加速度灵敏度为24.3pm/g,谐振峰在900Hz附近,与理论计算较好的吻合。     

Digital monitoring for heavy duty mechanical equipment based on fiber Bragg grating sensor

The digital monitoring principle and technologies for heavy duty mechanical equipment based on fiber Bragg grating (FBG) technology are introduced in this paper. The fundamentals of new-style FBG sensing technology, including the photorefractive effect of FBG, the physical formation, and the relation between optical properties and grating parameters, are investigated. The plaster, encapsulation and distribution planning of FBG sensor (FBGS), which is used to monitor heavy duty mechanical equipment under abominable environment and extreme conditions, are also studied. In addition, theoretical and experimental researches on the strain, temperature, displacement, and stress transmission characteristics between FBGS and detection interface are presented. The principle and method for temperature compensation in non-uniformity temperature field are described in detail as well. Comparing with the traditional sensing monitoring techniques, the application of FBGS technology on digital monitoring and diagnosis for heavy duty mechanical equipment has a number of significant technical advantages and will make a new breakthrough in this field.     

利用电磁铁的光纤光栅电流传感实验

布拉格光纤光栅(FBG)是最近几年在光纤通讯、光纤传感等领域应用最为广泛，发展最为迅速的光纤无源器件之一，被认为是继光纤放大器之后光纤通信技术发展的又一里程碑.由于它具有许多独特的优点，因此在光纤通信、光纤传感器等领域具有广阔的应用前景.本实验是利用衔铁在电流产生的磁场力的作用下间接带动光纤光栅，从而实现布拉格波长漂移值与电流之间的变化，进而影响光纤光栅反射谱，实现对电流进行传感探测的.分析和验证了光纤光栅用于电流传感的可能性.系统传感灵敏度为1.55×10^-2 nm/mA.     

Application of fiber Bragg grating based strain sensor in pipeline vortex-induced vibration measurement

The vortex-induced vibrations (VIV) is an important topic of study in many different scientific and engineering fields. While VIV can be of benefit in some cases, oftentimes, it is an undesirable phenomenon that can be quite dangerous. In particular for offshore pipelines, VIV can lead to fatiguing of the pipe structure and can cause disastrous consequences if left unchecked. A number of different methods have been applied to the measurement of VIV, especially for the elongated, thin cylindrical structures. The use of fiber optic fiber Bragg gratings (FBGs) in particular has gained popularity over the recent years due to their distinct properties. However, FBGs are also very fragile and are susceptible to failure when placed in harsh environments without protection. In this paper, 56 FBGs encapsulated in stainless steel tubes were applied to the measurement of VIV in a 28-m model pipeline under controlled and uncontrolled conditions. Tests show that the encapsulated sensors possessed good sensitivity as well as fatigue life (>80000 cycles). The measurements from FBGs were also high enough to allow frequency domain analysis of the pipeline VIV under the two conditions. The authors conclude that the encapsulated FBGs are a viable tool for the study of VIV in pipeline structures.     

光纤光栅冰力传感器的开发及应用

根据裸光纤光栅(FBG)对应变的灵敏度远高于对压力的灵敏度这一特点,设计了一种基于等强度梁结构的FBG冰力传感器,并可以通过调节封装构件的尺寸调节其测量压力的灵敏度系数。对传感器的标定结果显示,这种FBG冰力传感器的线性相关度良好,实测的灵敏度系数与理论值一致。该种传感器在冰激桥墩振动模型试验中得到了应用,成功监测了桥墩在不同冰速撞击下受到的冰力。实验表明,这种FBG传感器灵敏度高、可靠性好、对结构自身的影响很小,可直接测量冰的撞击力,适合于模型实验中的冰力监测。     

基于悬臂梁啁啾调谐的光纤光栅滤波器

提出并发展了一种基于悬臂梁结构的啁啾光纤Bragg光栅(CFBG)啁啾调谐方案,获得了一系列性能优异的可调谐CFBG滤波器,包括调谐范围达到36 nm(1.8～37.8 nm)的带宽可变反射滤波器、色散在178～2 100ps/nm范围内可调的色散补偿器、基于取样CFBG或重叠写入CFBG的信道间隔可调谐滤波器等。这些FBG滤波器不但能维持较高的反射率,还能保持中心波长基本不变。