具有温度和偏振态补偿功能的光纤电流传感器的研究

本文在分析影响光纤电流传感器（ＯＦＣＴ）稳定性和测量精度的因素的基础上提出了一种新型传感器结构,具备对ＯＦＣＴ的温度与偏振态扰动的自动补偿功能,其偏振灵敏度小于０．０５ｄＢ,长期稳定度优于０．３％,检测精度优于０．２％,较好地满足电力计量与控制系统应用要求。     

具有温度自补偿功能的新型光纤光栅应变传感器的研究

分析了光纤光栅的温度应变交叉敏感的机理,设计并制作了一种新型的具有温度补偿和应变增敏效果的光纤布拉格光栅应变传感器．实验结果表明,在-10-50℃的温度变化范围内,传感器实现了良好的温度补偿和应变增敏效果,温度敏感性降低至封装前的1／10,应变敏感性增至原来的1．17倍．     

光纤磁场传感器的磁场探头设计

光纤磁场传感器的探头是光纤磁场传感器中最关键的部分，它直接影响到传感器的测量精度。根据光纤传感器的测量要求和磁敏元件(磁光晶体：BiGd：YIG-Y3-x-yBixGdyFe3O12)的工作原理及特点，必须在光纤磁场传感器探头中产生线偏振光，同时为了在磁敏元件加入传感器探头后不至于增加固有损耗，故在探头两端使用了两个光纤准直器。介绍了在探头设计中，各部分的工作原理和结构特点。     

温度和应力迟滞自补偿型光纤光栅传感器的研究

采用四对称悬臂梁与光纤布拉格光栅传感机构的组合设计，将2个相同反射波长的光纤光栅对称粘接于悬臂梁的上下表面，组成光栅串，实现对外压力的双光栅波长差的调谐方法。研究结果表明，该系统能自补偿光纤光栅压力传感系统的弹性迟滞影响，还能自补偿温度对光纤光栅压力传感的影响，解决了光纤光栅对压力和温度交叉敏感的问题，改善了传感系统的线性特性和重复性。在0～6MPa的测压范围内，双峰波长差的调谐范围为0—6．6nm，压力调谐双峰波长差的灵敏度可达1．12nm／MPa，在15—110℃测温范围内，温度调谐双峰波长的灵敏度可达0．028nm／℃。     

温度自补偿高灵敏度非本征光纤珐珀横向负载传感器

为了提高光纤EFPI传感器的灵敏度,提出了一种新型EFPI传感结构,并对其温度特性以及横向负载特性进行了研究。首先,介绍了采用端面镀钯金膜的光纤EFPI传感器的结构及其制作方法;接着,建立了镀钯金膜光纤EFPI的温度传感模型,并通过Solidworks、Hypermesh与有限元分析软件ANSYS联合仿真,对它在不同受压力下进行理论模拟,获得了腔长变化与压力之间的关系;最后,对传统的光纤EFPI与镀钯金膜光纤EFPI的温度和横向负载特性进行了对比试验。试验结果表明,镀钯金膜光纤EFPI的温度灵敏度为6.083pm/℃,具有温度自补偿特性;它对横向负载的检测灵敏度可达40.83m/g,相对于传统的光纤EFPI横向负载的灵敏度提高了2.10倍。实验结果与理论分析相符合,为实际制作具有温度自补偿的高灵敏度光纤EFPI传感器提供了理论与实验依据。     

强度调制的光纤布拉格光栅磁场传感器

设计了一种基于光纤布拉格光栅啁啾效应的磁场传感器,导出了光纤布拉格光栅的反射谱带宽与磁感应强度的关系。传感器工作时,磁场中的圆盘形软铁受到通电螺旋管线圈磁场力的作用,引起矩形悬臂梁变形,从而导致粘贴在悬臂梁侧边的光纤布拉格光栅的反射光谱带宽发生变化;利用光谱分析仪,通过检测光纤布拉格光栅反射谱带宽的变化量,即可得到被测磁场磁感应强度的大小。当光谱分析仪的分辨率为0.001nm时,可测量磁感应强度为6~70mT。实验结果表明:该光纤布拉格光栅反射光谱带宽的变化量对温度变化不敏感,当温度从0℃变化到45℃时,3dB带宽的变化小于8pm。实验结果和理论分析一致,表明该方案切实可行。     

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。     

测量低频场的光纤磁场传感器系统

在前人工作的基础上＾［１］［２］［３］，本文提出一种可测直流场及低频场的光纤磁场传感系统，这具有Ｚｈａｎｇｕｃｃｈｉ系统＾［１］的主要优点，但结构远较其简单。     

结构封装式光纤Bragg光栅温度补偿研究

光纤Bragg光栅的中心反射波长λB会随温度的变化而漂移,影响其在波分复用及压力测量等方面的应用.本文通过对石英和有机玻璃两种热膨胀系数不同的材料进行合理的结构设计,提出了一种无源温度补偿装置,探讨了施加预应力对光纤Bragg光栅补偿效果的影响,并对单面封装和双面封装的补偿效果进行了对比研究.该装置在-19℃～60℃的温度范围内,中心反射波长仅漂移0.035nm,温度稳定性大约提高了20倍.     

基于微纳光纤谐振环的温度传感器研究

该项工作制作并验证了基于微纳光纤结型谐振环的高灵敏度且扩大测量范围的温度传感器。 在微纳光纤谐振环中产 生多个模式并参与谐振,多个模式谐振的光谱相互叠加,形成带包络的游标光谱。 通过提取游标光谱的包络线,实现高灵敏度 的温度测量,灵敏度高达-10 nm/ ℃ 。 但计算得到利用游标光谱时的温度测量范围仅约为 4℃ 。 为解决测量范围过小的问题, 将包络光谱与单一频率组分对应的谐振光谱相结合,使测量范围扩大至约 20℃ 。 相比于单一频率组分对应的谐振光谱,利用 游标包络光谱实现了灵敏度约 1 600 倍的放大。 该方案利用游标效应提高温度测量灵敏度的同时,利用单一频率组分对应的 谐振光谱扩大了游标光谱的温度测量范围,提高了传感器的性能和实用性。     

单光束 SERF 磁强计三轴磁场解耦磁补偿校准方法

针对单光束SERF原子磁强计磁补偿过程中的三轴磁场耦合问题,提出了一种对磁强计三轴顺序补偿值进行反向校准的方法,用于减小三轴补偿过程中产生的耦合磁场。首先,构建了三轴磁场耦合数学模型,即一个3×3的耦合系数矩阵,来描述三轴之间的磁场耦合关系,并对实验室磁强计样机进行了三轴耦合系数测试。然后,提出了一种应用三轴耦合系数对三轴顺序补偿值进行反向校准的方法;最后,对比了校准前后的磁补偿效果。实验表明,经三轴顺序补偿反向校准后,磁强计的响应线宽平均变窄2～10 Hz,灵敏度提高3～5 fTHz^1/2,验证了该方法的有效性,为进一步优化磁补偿技术奠定了基础。     

SLS预热温度场温度补偿研究

由于预热粉床的温度分布不均匀,很难获得强度、精度较高的烧结制件,针对以上问题,提出了通过温度补偿改善预热粉床的温度分布不均匀对激光烧结成型制件质量的影响,通过温度补偿调节粉床的温度分布,从而提高了烧结制件的质量,并对粉床温度场进行有限元模拟。研究结果表明,增加热源的方式对预热粉床进行温度补偿可以明显改善温度场;通过试验获得了温度补偿的最佳工艺组合。     

马赫-曾德尔干涉集成化的全光纤磁场与温度传感器

为了简化光纤磁场与温度传感器的结构并提高传感器灵敏度,设计并制作了马赫-曾德尔干涉集成化的全光纤磁场与温度传感器。将单根光纤的马赫-曾德尔模间干涉结构和双臂马赫-曾德尔干涉结构结合:将总长度为1.2m的单模光纤部分制备成长度为2.7cm、锥腰直径为30.1μm的锥形微纳光纤,并得到了拉锥时间与锥腰直径的关系。将锥形微纳光纤放置尼龙槽内并包覆磁凝胶构成传感头,实现模间干涉的马赫-曾德尔磁场传感器;将磁场传感器通过两耦合比为50%∶50%的耦合器并联带有可调谐光衰减器的单模光纤形成马赫-曾德尔干涉的温度传感器。从理论上分析了光谱漂移对磁场和温度传感的特性关系,实验测得室温下磁场强度在25~50mT时,磁场传感的灵敏度为0.301 14nm/mT;在磁场强度为0,温度由25℃升高到30℃时,温度传感的灵敏度为0.518 86nm/℃。该传感器可广泛应用于电力系统放电检测、材料加工、安全监控等领域。     

地磁测量误差矢量补偿方法研究

精确补偿磁测误差是确保地磁导航精度的一项关键技术。针对磁干扰补偿问题,提出了一种改进的基于模糊自适应卡尔曼滤波的矢量补偿方法。该方法对卡尔曼滤波中的观测矩阵进行修改,有效地解决了某些参数收敛过慢的问题;通过监视实时得到的量测新息的实际方差与理论方差的比值,应用模糊控制理论对卡尔曼滤波的量测噪声协方差进行递推修正,使其逐渐逼近真实噪声水平,进而得到最优估计参数。仿真结果表明,该方法对于时变的量测噪声具有较强的自适应性,总场补偿误差从175.8 nT降低到6.7nT,X、Y、Z方向的补偿误差分别由59.2、110.2、122.2 nT降低到6.0、1.7、1.5 nT,总量和分量补偿精度显著提高。最后通过构建矢量测量系统实验验证了改进方法具有较快的收敛速度且具有更高的补偿精度,为磁场测量误差矢量补偿提供了良好的借鉴。     

探空仪气压传感器温度补偿的新方法

气压传感器是探空仪中的核心部件之一,传统的硅压阻传感器应用于探空仪中还存在着一些不足。本文介绍了一种集成气压传感器,提出了集成气压传感器中的两种新的温度控制补偿方法,并依据试验数据做出了对比分析。     

半参数模型在载体干扰磁场补偿中的应用研究

在地磁导航技术中,载体磁场是造成磁力仪测量误差的重要干扰源,为了得到精确的地磁场值,必须对载体磁场进行补偿.针对传统静态模型无法全面描述载体干扰磁场特性的不足,将半参数模型引入载体干扰磁场的补偿中去,建立基于半参数模型的载体干扰磁场补偿方程,并采用两步估计法对模型中的各参数进行估计,最后通过仿真和实验对基于半参数模型的补偿方法的效果进行了验证.仿真和实验结果表明采用非线性半参数模型可以较全面地反映载体干扰磁场特性,提高了参数估计的精度,改进补偿的效果.研究结果对于地磁导航技术在实际中的应用具有一定的指导意义.     

基于温度补偿方法去敏的新型光纤光栅压力传感器

本文阐述了一种带温度补偿、基于平面薄板结构的新型光纤光栅压力传感器.作为弹性体的压力敏感薄板,其硬心通过一L型刚性位移传递机构拉动压力敏感FBG;温度去敏通过被动温度补偿和残留温度效应实时修正来解决.传感器性能指标测试如下:重复性0.066%FS,回程误差0.846%FS,线性度0.102%FS,传感器精度±0.591%FS;在-30℃到+80℃范围内,传感器零点漂移为+1.720 8%FS,灵敏度漂移为+0.010 4%FS,传感器温漂为+1.731 2%FS.     

基于椭圆约束的新型载体磁场标定及补偿技术

在地磁导航中进行地磁测量时会受到载体磁场的影响,因此必须对测量数据中的载体磁场进行精确补偿,以提高磁场测量精度.本文根据硬磁材料磁场和软磁材料磁场的数学模型,提出了一种基于椭圆约束的载体磁场标定及补偿方法.该方法首先采用带椭圆约束的最小二乘拟合方法对捷联式磁传感器测量数据进行椭圆拟合,保证了拟合曲线必为椭圆,从而实现载体磁场的准确标定,然后利用标定参数实现对载体磁场的精确补偿.最后进行了一系列的仿真试验.试验结果表明了该方法具有简单快速,易于实现的特点,可以达到与磁传感器等精度的补偿效果,且在低信噪比情况下具有较强的鲁棒性     

四面体磁梯度张量系统的误差补偿

针对搭载于水下无人航行器(UUV)的磁梯度张量系统的系统误差,提出了一种系统误差补偿方法。该方法利用四面体磁梯度张量系统的差分测量算法,融合系统中单个矢量磁力仪的系统误差和磁力仪之间的安装中心错位误差,建立了四面体磁梯度张量系统误差数学模型;基于此数学模型提出了系统误差补偿算法,并根据磁梯度张量9分量之间的数学关系提出了补偿参数辨识方法;最后,通过仿真实验对该方法进行了验证。实验结果表明:该方法可以有效补偿磁梯度张量系统的系统误差,补偿量达96.2%,且补偿效果优于参考文献提出的系统误差补偿方法。该方法利用补偿参数对磁梯度张量系统的输出值直接进行系统误差补偿,从理论上解决了磁梯度张量系统整体误差的统一补偿问题。