光纤Bragg光栅温度传感器光学特性研究

目的 提出一种抗干扰能力强的光纤Bragg光栅温度传感器,分析Bragg光栅的温度传感的光学特性规律.方法 采用耦合模理论对光纤Bragg光栅的温度传感特性进行理论分析和数值模拟,探讨温度变化所致光纤Bragg光栅波长漂移的原理,并通过实验进行验证.结果 所提出的传感器在环境温度不是很高的情况下具有线性特征,反射谱和功率谱都是关于中心峰值波长对称,随着温度增加波形朝长波长方向移动,但是其峰值宽度并不是随着温度增加而变大,在-50℃附近有极小值.功率在-50℃附近有极大值点.普通光纤Bragg光栅的适用温度在-37～134℃.结论 运用特殊封装技术的光纤Bragg光栅温度传感器,具有线性程度好、精度高和抗干扰能力好等特点,可以用于温度测量和结构健康监测领域.     

光纤Bragg光栅压强传感器研究

设计了一种用于测量模压腔体内大荷载压强的光纤Bragg光栅(FBG)压强传感器。模压腔体内的压强通过压杆作用到等强度梁上,导致粘贴在等强度梁上的光纤Bragg光栅的中心波长发生改变,通过波长解调仪检测光栅中心波长的改变量,测量模压腔体内的压强。实验表明:该传感器在很宽的压强测量范围内具有很好线性,并且测量灵敏度高、精度好。     

基于特殊悬臂梁的光纤Bragg光栅应力传感器

分析了悬臂梁的结构特性及引起Bragg反射中心波长变化的基本原理,设计了具有不同区域应力灵敏度的悬臂梁。利用悬臂梁不同区域光纤Bragg光栅(FBG)的Bragg反射中心波长差实现了一种简单方便的增敏方案。该方案利用这种特殊悬臂梁的自身结构可使测试灵敏度提高将近一倍,而且成功地解决了温度应力交叉敏感的测量难题,消除了温度变化引起的应力测量误差,实现了利用光纤Bragg光栅对应力单参量的测量。     

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℃。     

FBG传感器应变监测温度效应分析

光纤Bragg光栅(FBG)在土木工程健康监测中得到广泛应用。依据光纤光栅Bragg方程,从理论上分析了光纤光栅应变和温度传感的工作原理,阐述了光纤光栅应变和温度双参量共同作用时引起交叉敏感的物理机理;并结合济南奥体中心体育馆钢结构健康监测中应变监测的相关数据,分析了温度效应对应变测量的影响。结果表明:在应变测量中,温度场偏差是影响应变测量误差的主要因素,温度补偿时温度场的选取要保证温度与应变传感器所处温度场一致,一阶温度灵敏度系数对Bragg中心波长漂移的影响几乎是应变灵敏度系数的10倍;但应变和温度的交叉敏感效应及其二阶项效应的影响一般可以忽略。     

光纤Bragg光栅传感器应用概述

本文简述了光纤Bragg光栅传感器测量温度、应力等物理量的工作原理,介绍了光纤Bragg光栅在医疗、航空、化工等领域的应用情况。     

相似材料中光纤传感检测特性分析

为了解决相似材料模拟实验中的变形检测问题，基于光时域反射技术和光纤光栅传感技术，提出了在模拟实验中采用裸露光纤、一定结构光纤及光纤Bragg光栅作为传感器进行变形检测的方法，研究并分析了以上类型光纤传感器在1．2，2m平面应力模型中随着相似材料变形的传输特性．结果表明：裸露光纤不易形成微弯；自制蛇形微弯光纤传感器可以较为准确地捕捉到材料内部的变形和破坏的信息；光纤Bragg光栅可以感知相似材料的应力变化．利用光时域反射技术检测时要采取措施增大岩层垮落过程中的光纤损耗，可进行较大变形测试；利用光纤Bragg光栅时要考虑波长的动态范围，可进行小变形及破坏过程测试．     

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．     

一种提高光纤脉冲磁场传感器稳定性的新方法

采用琼斯矩阵法推导了基于法拉第磁光效应的光纤脉冲磁场传感器的信号输出表达式,分析了磁光晶体中线性双折射和圆双折射对测量准确度的影响,提出了消除线性双折射对测量影响的新方法,并讨论了减小温度对圆双折射影响的方法．实验表明,这种方法在-20℃～60℃的温度范围内测量误差小于0.15％．     

基于光纤Bragg光栅的悬臂梁式力检测系统

采用毛细金属管对光纤光栅进行了封装,设计了一种悬臂梁式光纤布拉格光栅力检测装置,对光纤光栅的温度和力传感性能进行了实验研究,分析了基于悬臂梁的双光纤Bragg光栅的力灵敏度。结果表明:毛细金属管能够对光纤光栅提供较好的保护,封装后其温度和力传感性能稳定,温度灵敏度为11. 1 pm/℃,力灵敏度为0. 891pm/N,而在悬臂梁上正反面粘贴两个相同的FBG能够进行温度补偿的同时,使力灵敏度提高两倍。     

基于C形弹性管的光纤光栅压力位移传感测量

设计了一种基于C形弹性管的光纤布喇格光栅传感结构．用管内过剩压力使弹性管的自由端产生位移和管表面产生的应力对光纤布喇格光栅反射波长进行调谐．得到了光纤布喇格光栅反射波长变化对应于压力和自由端位移的线性关系．在0～6MPa的压力范围内,光纤布喇格光栅反射波长随压力和位移均呈线性变化且压力和位移的传感灵敏度分别达到0.0305nm/MPa和0.0359nm/mm,线性调谐范围分别为0.183nm和0.215nm,波长分辨率分别为3.05pm和0.718pm．     

外压式弹性圆筒耐高压光纤光栅压力传感器

设计了一种以金属弹性圆筒为衬底的高压光纤布喇格光栅压力传感器．在温度为16~60℃,压力为0~52MPa的范围内测试了传感器的特性,计算了性能参数及温度修正因子．结果表明,该传感器性能稳定,重复性好,线性调谐范围为4.066nm,压力灵敏度为0.0782nm/MPa,压力解调的波长分辨率为1.56pm．温度修正后压力测量的相对误差由5.2%减小为0.25%．采用双重密封设计,避免了流体或气体的渗漏,通过选择不同弹性模量的材料、内径和壁厚,可调整传感器的量程和灵敏度．     

电磁力式光纤光栅直流大电流传感技术研究

直流大电流的计量在电镀、电冶、电池、电气机车等领域占有重要地位。介绍了电磁力式光纤光栅电流传感的原理,设计了基于光纤光栅的大电流传感器结构,借助光纤光栅直流大电流传感实验平台,在直流电流(0～500～0A,步进50A)激励下,光纤光栅传感器的中心波长偏移855.2pm,电流敏感度为34.1pm/(100A)2,试验结果表明该方法可以进行直流大电流的测量。     

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。     

长周期光纤光栅解调的FBG温度传感系统

长周期光纤光栅是特定波长范围内的线性滤波器件,该文设计了长周期光纤光栅解调的布拉格光纤光栅温度传感系统。在布拉格温度传感器中,布拉格光纤光栅的反射波中心波长随温度的改变会引起一定程度的漂移,设计布拉格光纤光栅的波长变化在长周期光纤光栅的线性吸收区域,可以使长周期光纤光栅对布拉格光纤光栅的反射波长的吸收随波长而改变,随后使用光电传感器可以得到电信号与温度信号的相对应关系,从而把温度信号转换成了电信号。对该系统的测试及仿真结果证明,该系统有很好的温度检测功能。     

环境条件对离心式喷嘴雾化性能的影响

以离心式压力雾化喷嘴为研究对象，对不同环境条件下喷嘴雾化特性的影响进行了数值模拟研究，获得了不同环境压力和环境温度对油膜厚度和雾化锥角等雾化特性参数的影响规律。利用FLUENT软件，在喷油压力4.0 MPa、燃油温度100 ℃的条件下，对环境压力由0.1 MPa升至3.0 MPa、环境温度由-50 ℃升至400 ℃过程中的燃油雾化特性进行了数值计算。结果表明，当环境压力一定时，环境温度增加，气体密度减小，燃油蒸发作用加剧，气相燃油比例增大，雾化效果增强；当环境温度一定时，环境压力增加，气体密度增大，油膜厚度增大，液相燃油比例增大，不利于燃油雾化。     

改进光纤布拉格光栅传感性能的方法

为了改善金属化保护后光纤Bragg光栅(FBG)的传感性能,采用化学镀后随恒温水浴箱自然冷却的方法减小温度突变。实验表明:改进后化学镀前后其透射谱3 dB带宽为0.129 nm,没有改变,峰值损耗只降低了3.42%,同时其温度传感迟滞误差为1.85%,测量值中最大正反行程差值折算成温度约为1.48℃。     

太阳能微通道分离式热管供暖系统实验研究

以太阳能微通道分离式热管供暖系统为研究对象,通过实验与理论的方法研究了其在可观太阳辐射强度时的供暖性能. 结果表明:系统的供热量、供热效率、上汽管和下液管压力、微通道散热器的压降及壁温、实验房间温度均受太阳辐射强度影响较大,受室外温度影响较小,且其变化较太阳辐射强度均存在约15 min的时间延迟. 此外,晴天或晴间多云时,在光强较大的10:00至15:00之间,该系统单独运行即可满足室内供暖需求,且系统压力在0.4～0.8 MPa之间变化; 微通道散热器平均压降范围为2.1×10³～5×10³ Pa; 微通道散热器平均壁温最低为20.7 ℃,最高可达38.4 ℃; 系统平均每秒供热量最低为343.7 J,最高可达424.1 J,室内温度始终可维持在18.3～26.7 ℃之间; 系统平均供暖效率在30.4%～45%之间. 此外,系统中除冷凝器风机消耗少量电能外,并无其他动力设备,故其COP理论上无限大,是一种节能效果显著的辅助供暖系统.     

测量海水温度分布的光纤光栅传感系统研究

介绍了基于光纤光栅的传感原理,完成了对光纤光栅温度传感器的实验室标定,得到了每个传感器专门的参数.通过对传感器进行铠装封装,排除了海水压力等因素的影响;设计了200m的光纤光栅传感器阵列,并将其应用到海洋环境探测中.试验对中国南海海域200m深的海水剖面温度进行了测试.提出了对测量数据应用Levenberg-Marqu...