基于聚合物封装的光纤布拉格光栅压力传感器

设计并研究了一种光纤布拉格光栅压力传感器,FBG1与FBG2串联连接,其中FBG1直接封装于聚合物之中,而FBG2先粘贴于弹性基体上再封装于聚合物之中。推导了传感器的灵敏度和解耦算法,并且使用有限元法计算了本传感器压力灵敏度和温度灵敏度,最后对传感器进行了实验验证。实验结果表明FBG1和FBG2的压力灵敏度分别为197.4 pm/MPa和95.7 pm/MPa,温度灵敏度分别为47.2 pm/℃和36 pm/℃,具有良好的线性度,较小的回程误差,并且符合该传感器感知的压力和温度解耦条件。同时,随着聚合物小圆环直径增加,基体的应变量越来越大,并趋近于没有基体时聚合物的应变量。研究表明,较之传统的聚合物封装的光纤光栅压力传感器,本传感器的聚合物与套筒不易脱落,两者之间的非固结连接可以增加传感器灵敏度,并且本传感器具有温度补偿功能。     

光纤布拉格光栅钢筋腐蚀传感器

基于钢筋混凝土中钢筋锈胀和光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,简称FBG)应变、温度测量原理,设计了一种灵敏度较高的FBG钢筋腐蚀传感器。传感器主要由两个FBG(FBG-1,FBG-2)和带有轴向通孔、轴向通槽、环形槽及盲孔的钢筋件组成,FBG-1用于监测钢筋件的锈胀应变,FBG-2用作温度补偿器。为了提高传感器的成活率,在FBG-1外紧密包裹一层滤纸,并用水泥砂浆封装。此外,推导了钢筋件的腐蚀率计算公式,根据光纤解调仪采集的波长变化值可以计算得到钢筋件的腐蚀率。依据法拉第电解定律设计了电化学加速腐蚀实验,探究传感器的工作性能。实验结果表明,该传感器能够监测到0.7%以内的质量腐蚀率,灵敏度较高,且测量范围大于5%。该传感器能够有效监测混凝土中钢筋的早期腐蚀过程,准确估算保护层开裂时间,具有实际工程应用价值。     

基于光纤布拉格光栅的化学传感器

除掉光纤布拉格光栅的包层,可以使它的布拉格波长对外界环境的折射率变化敏感。采用氢氟酸腐蚀掉光纤布拉格光栅的包层,获得了直径约为6μm的布拉格光栅。实验研究了布拉格波长对化学溶液的浓度敏感性特征,结果表明:采用10pm分辨率的光谱仪,丙二醇溶液在低浓度时的浓度分辨率为0.7%,在高浓度时的分辨率为0.32%;糖溶液在低浓度时的分辨率为0.55%,高浓度时为0.1%。采用商用的分辨率为1pm的高精度波长解调系统,它们的分辨率可以提高一个数量级。     

一种基于光纤光栅新型位移传感器的研究

介绍了一种应用光纤光栅传感器测量狭窄曲面空间位移的方法.随着外界应力的变化,光纤光栅传感器的中心发射波长将发生相应的移动.利用此特性,提出并实现了一种用光纤光栅作为敏感元件测量狭窄曲面空间位移的方法,解决了特殊场合狭窄曲面空间位移的测量存在许多难以解决的问题,并对实验结果进行数据分析.     

光纤布拉格光栅压力传感器的高压实验研究

对光纤布拉格光栅的压力传感特性进行了理论分析,并在自行设计的膜片上在压力范围0～30MPa进行了加压和减压的高压实验。实验结果表明:光纤布拉格光栅的压力灵敏度较高,其值为5×10-11m/MPa,其中心波长与压力变化有着良好的线性关系和重复性,且没有迟滞现象,它们的相关系数都超过0 9999。因此,光纤布拉格光栅适合于高压情况下的压力测量。     

小量程称重传感器自动测试装置控制系统

本文叙述了称重传感器多工位自动测试装置控制系统的设计方法及设计技巧 。     

温度自动补偿超磁致伸缩材料布拉格光栅光纤电流传感器

基于超磁致伸缩材料,提出了一种传感光纤光栅(S-FBG)和参考光纤光栅(A-FBG)相结合的温度自动补偿全光纤交流电流传感器。此传感器将传感光纤光栅和参考光纤光栅级联呈"十字形"后粘贴在超磁致伸缩材料上,然后将其置于聚磁回路狭缝内;同时控制传感光纤光栅的径向与磁场方向相同,而参考光纤光栅的径向与磁场方向相反。最后,将S-FBG的中心波长置于A-FBG反射谱的边带上,通过检测两光纤光栅级联反射光强的变化实现了电流测量及温度自动补偿。选用3dB谱宽分别为0.23nm和0.08nm的A-FBG和S-FBG进行了实验测试,结果表明:有效安匝电流为1.0~138.2A时,该传感器可实现线性测量,线性度为0.996 3,测量灵敏度为16.0 mV/A,最小可测有效安匝电流为1.0A。     

光纤光栅压力传感器实验研究

文中提出了一种新颖的光纤布拉格光栅压力传感器,它是利用光纤布拉格光栅(FBG)对应变的传感特性,将光纤布拉格光栅粘贴于C型压力弹簧管上的特定位置,通过光纤布拉格光栅反射波长的变化,来实现对压力的测量。该传感器灵敏度的实验值和理论值分别为0.671nm/MPa和0.791nm/MPa,且具有很好的线性度,迟滞很小,有一定的发展前景。     

用于同时测量湿度和温度的多路光纤光栅传感器

为了满足工业上对温度与湿度同时测量的需求,利用级联的光纤布拉格光栅(FBG)设计了一款能够实现湿度和温度同时测量的在线光纤光栅传感器。在2个FBG(FBG1与FBG2)的表面涂覆不同的敏感性聚合物材料。其中,FBG1的裸表面涂有聚酰亚胺薄膜,利用它来测量环境湿度;FBG2的裸表面填充二甲基硅油,利用它来测量环境温度。研究了传感器的工作原理,进行了温湿度传感实验。实验结果表明,随着环境温度和湿度的变化,FBG2的温度灵敏度为14.4 pm/℃,而对湿度不敏感;FBG1的温度和湿度灵敏度分别为12.8 pm/℃和2.1 pm/%RH,实验结果与理论分析基本吻合。另外,利用实验获得的FBG1与FBG2的温度与湿度灵敏度,构建灵敏度测量矩阵实现了环境温湿度的同时测量。该传感器具有结构简单、灵敏度较高、性能稳定与重复性好等优点,并且具有多路同时测量功能。     

基于光纤光栅的紧凑型高频振动传感器的设计与应用

设计了一种六边形的紧凑型光纤光栅振动传感器,其结构包括弹性体、质量块、光纤光栅和外壳。 首先对六边形弹性体结构进行理论分析和仿真,通过设计发夹弯结构改变灵敏度和频率测量范围,使设计的光纤光栅振动传感器能够满足不同机械设备的振动监测需求。 在激振台上测试了传感器的性能,并在真空泵振动监测中应用。 实验结果表明,设计的光纤光栅振动传感器具有良好的响应,普通六边形弹性体结构传感器的 1 阶固有频率高达 1 481 Hz,在 100 Hz 振动时的灵敏度为 4. 93 pm/ g;含发夹弯的六边形弹性体结构传感器的 1 阶固有频率为 185 Hz,在 100 Hz 振动时的灵敏度为 105. 73 pm/ g,两种传感器的横向干扰均小于 5% ,具有很好的抗横向干扰能力。     

基于粘贴式应变称重传感器的设计

设计了一种便于安装、应用方便的粘贴式应变称重传感器。该传感器采用弹性基座结构传递应变,采用电阻应变片组成恒压电桥电路检测应变,通过选取合适的弹性元件和敏感元件,并根据相关指标确定其合适尺寸,最后通过严格粘贴、封装工艺等使设计的传感器达到相应的指标要求。     

称重传感器误差标定装置托盘提升装置设计

基于CATIA虚拟样机技术对称重传感器误差标定装置进行参数化建模设计和虚拟装配。考虑到装置主要承力部件如果刚度、强度、挠度达不到使用要求,易发生弯曲变形甚至疲劳断裂等现象。因此有必要运用有限元分析软件ANSYS对装置主要承力部件进行强度刚度校合。其分析结果表明:托盘的提升装置设计合理,没有发生干涉现象;机构刚度好,所承受荷载大,提升运动过程平稳。分析结论为称重传感器误差标定装置在设计和选用过程中提供了理论依据,具有指导作用。     

采用光纤光栅传感器测量模型材料应变的原理和应用

应变是材料与结构的重要物理特性,最能反映结构局部特性,是材料和工程结构健康监测最为重要的参数。对材料应变测量,可以预知局部荷载的状态。光纤传感器具有灵敏度高、响应速度快、电磁兼容性强、无零漂、可靠性高、使用寿命长等特点。光纤光栅应变传感器是一种极具发展潜力和应用价值的应变传感器。研究了光纤光栅应变传感器的传感原理、应变传递规律及其在模型试验相似材料应变测量中的应用,测量得到的应变历程与实际物理过程相一致。     

一种光纤光栅非接触机械振动传感器的研究

基于光纤Bragg光栅（fiber Bragg grating,FBG)传感技术,提出了一种基于永磁结构的FBG非接触机械振动位移测量方法,设计了永磁作用下FBG振动传感器的结构,采用ANSYS有限元软件进行了理论分析和数值仿真,制造了FBG传感器实验装置,进行了静态位移标定和动态测试实验,确定了传感器的线性区间。研究结果表明:该测量方法能满足相关振动检测要求,传感器线性区间内灵敏度为1.14μm, 线性度可达0.996,完全可应用于机械系统结构损伤和运行状态分布式动态监测。     

新型耐高温光纤光栅温度传感器

设计并制备一种新型耐高温光纤光栅温度传感器,将光栅用绝热材料封装,通过杠杆结构与铝棒连接.当温度变化时,铝棒受热发生形变对外产生作用力,并通过杠杆结构增大,作用在光栅端,从而使光栅产生应变达到高温测量的效果.该结构摆脱了传统方案不能测量高温的问题,避免由于封装材料及衰退效应致使传感器不能测量高温的问题.经实验测量此传感器的温度灵敏度为0.005 nm/℃,测量温度高达310℃依然保持良好的线性,具有巨大的高温测试测试潜能.     

基于光纤F-P滤波器的FBG传感解调系统

通过对光纤F-P滤波器原理的研究,提出了一种基于光纤滤波器的光纤Bragg光栅(FBG)传感解调系统,该系统不仅具有体积小、价格低、光能利用率高、操作简单等优势,而且可以直接输出对应于波长变化的电信号,实现准确的多点同时测量.通过该系统测出一组典型数据后再运用曲线拟合或者插值等相关运算便可以确定光纤光栅反射中心波长的微小偏移量,进而得到外界物理量的变化.对该方案的主要器件选择、软硬件设计进行了详细介绍.该解调系统的动态扫描范围达50 nm,分辨率达到2 pm.     

基于长周期光纤光栅的压力传感器

研制了一种基于悬臂梁差动结构的新型长周期光纤光栅压力传感器。该传感器测量精度高、结构简单，便于加工。其独特的差动结构克服了温度变化对测量的影响，在温度变化后不用再次标定。测试结果表明：在0-6MPa的测量范围内，温度变化25℃时，在不用重新标定的条件下，其测量精度保持仍在1％之内。     

FBG微应变测量系统的相位解调技术研究

针对布拉格光纤光栅(FBG)微应变测量系统,在对FBG传感原理的分析基础上,结合M-Z干涉的相位生成载波(PGC)解调法,提出了测量系统的总体设计方案。基于本设计方案,进行了详细的光路设计、电路设计和软件设计,并针对PGC算法进行了仿真;搭建了测量系统实物,对光路重要参数进行了标定。仿真结果显示调制度C取5.3rad时信号具有较大幅值,且对于大于100Hz的传感信号具有较好解调效果。