一种基于高衰减光纤的光纤光栅热线式流量计

为了发展全光学流量测量技术,提出了一种基于掺钴高衰减光纤的光纤光栅热线式流量计。通过解调光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)中心波长进行流量测量,具体包括传感器制作、温度传感特性测定和流量测量实验。结果表明,基于衰减系数为8.9 dB/cm、工作波长约为1480 nm的掺钴光纤的FBG具有10.3 pm/℃的温度灵敏度;流量计在400～3700 L/h液体流量范围内可高重复性地实现测量;流量--FBG中心波长遵循特定非线性函数计算模型;流量计的平均灵敏度约为0.15 pm/(L·h^-1),低流速下灵敏度最高可达到1 pm/(L·h^-1)。所提出的流量计丰富了光纤光栅用于液体流量测量的研究。设计中采用了掺钴高衰减光纤自发热和单端毛细管封装,为流量传感器的全光学化、微型化和高灵敏度发展提供了新思路。     

应用于注水井的靶式光纤布喇格光栅流量传感器

为了解决注水井下安装和维护传感器难度大和成本高的问题,设计和理论分析了一种基于杠杆-铰链结构的靶式光纤布喇格光栅（FBG）流量传感器,将传感器结构中的FBG1和FBG3分别粘贴在杠杆-铰链两端构成差动结构,使传感器具有低启动与大量程特性;通过温度补偿光栅FBG2实现了温度和流量的同时测量。对传感器的结构进行了仿真与优化,得出传感器的优化参数,并以此参数为基础进行流量测量、重复性、温度测量、温度补偿、稳定性等实验。实验结果表明,该传感器可以同时测量流体流量和温度,其温度灵敏度为17.94 pm/℃,流量分辨率为0.039 L/s。     

一种内嵌喷嘴差压式FBG流量传感器

针对传统液压系统流量测量中存在的传感器体积 较大、测量精度不高等问题,研究并设计一 种内嵌喷嘴差压式光纤 Bragg 光栅(FBG ) 流量传感器。在分析 FBG 及差压式流量测量原理的基础上, 选用标准喷嘴作为节流元件,通过将 FBG 沿径向粘贴于圆形平面膜片上,敏感被测流体经过喷嘴节流口 后在两侧所产生的压力差。推导了 FBG 中心波长偏移与被测流体流量变化之间存在的数学关 系,并通 过试验平台测量了传感器的静压特性以及动态流量特性。测试结果表明,传感器中 FBG 平面膜片的静压力 差压灵敏度为 0.712nm/MPa ,而差压式 FBG 流量传感器的灵敏度为 0.067L/s 。本文传感器具有测量精度高、 体积较小和环境适应能力强等优点,且易于实现传感复用并构成准分布式检测网络。     

基于光纤布拉格光栅的涡街流量传感技术研究

流量是科学研究及工业生产中的一项重要参数。在众多流量测量仪表中,涡街流量计是一种常用类型。由于光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)具有灵敏度高、体积小和抗电磁干扰强等特点,基于FBG的涡街流量传感技术具有重要研究意义。概述了FBG涡街流量传感机理,分析了涡街发生体下游的流体状态与升力变化。从已有研究成果入手,分析提炼了基本型涡街发生体作用下的旋涡属性、涡街信号处理、消除管道振动和小流量测量四个关键性问题。最后,总结并展望了该项技术利用光学方法抑制干扰信号、小口径管道涡街流量测量和FBG传感封装与增敏三个方面,还提出了未来可能发展的研究方向,以期发展新型涡街流量计。     

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℃。     

一种FBG靶式流量传感的结构设计及实验研究

针对传统液压系统检测中存在的传感器体积较大、测量精度不高等问题,设计了一种基于光纤Bragg光栅(FBG)的一体式靶式流量传感器。在分析FBG及靶式流量传感原理的基础上,设计一种结构紧凑、便于密封和拆装的一体式靶片,将置于流体中迎流靶片所受的与流速成对应关系的冲击力转化成FBG波长的漂移,双FBG对称粘贴于悬臂梁上下表面的中轴线上,在提高传感灵敏度的同时,有效解决了温度与应变的交叉敏感问题。通过砝码干校实验测得传感器的灵敏度为3.55pm/g,其对应的流量灵敏度为0.076L/s。实验结果表明,双FBG中心波长的变化总量与加载在靶片上的质量有良好的线性关系,灵敏度是单个FBG灵敏度的2倍,且几乎不受环境温度的影响,稳定性、可靠性较好。     

光纤多参数传感器研究

基于光纤Bragg光栅(FBG)检测原理,研发了适用于地下空间安全监测应用的光纤风速、温度、湿度等多参数传感器。光纤风速传感器基于激光致热光纤热线式流量检测原理,对于低风速有较高的灵敏度,风速从0变化到0.5 m/s时,FBG波长变化量为800 pm,采用解调精度为1 pm的光纤光栅解调仪,风速分辨率为0.7 mm/s。光纤湿度传感器通过在FBG光栅表面均匀涂覆湿度敏感的聚酰亚胺溶液,湿度变化导致光纤应变变化进而实现湿度测量。对新型光纤光栅温湿度传感器的性能参数进行测试,实验测试结果显示,传感器监测灵敏度为4.2pm/%RH,检测精度小于±3%RH。     

EFPI和光纤光栅传感器混合测量技术

研究了一种对外腔式F-P干涉型(EFPI)传感器和光纤光栅(FBG)传感器进行混合测量的技术。用窄线宽的扫描光注入EFPI或FBG,通过测量FBG的反射光波长和EFPI的反射光光谱完成在同一台仪器的不同通道实现了对FBG或EFPI的同时测量。还研究了在一根光纤上同时实现FBG和EFPI测量的技术,结果表明FBG串联在EFPI前面时,可准确测量出FBG的波长和EFPI的腔长。而EFPI串联在FBG前时,只能测量EFPI,而不能完成FBG的同时测量。     

光纤布拉格光栅热式流量传感技术研究

光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)热式流量传感技术具有测量阈值低、灵敏度高等优点,是近年来流量测量领域的研究热点。概述了FBG热式流量传感原理,总结了当前该技术研究的重点和难点问题(主要分为传感器加热、结构设计、温度补偿和封装增敏四个方面),旨在发现问题、展望未来。从近年来的典型研究成果入手,分析了电加热、光加热两种传感器加热方式和热线式传感结构。温度补偿和封装增敏部分则作为专题来研究,其中温度补偿旨在解决传感器加热换热与环境温度交叉敏感问题。最后归纳分析了该技术在大流量时的低灵敏度特性,并讨论了提升传感器灵敏度未来可能的研究方向和相关方法。     

双栅型轮辐式光纤光栅压力传感器

利用光纤光栅（FBG）作为基本传感元件,研制了一种基于轮辐式压力盒装置的FBG压力传感器。将2根不同波长的FBG粘贴在传感器同一轮辐的正反面上,提高了测量精度,减少了波长随温度漂移带来的影响。在0～30kN的范围内,其测量线性度达到99．98％,灵敏度达到13．89N,且响应速度快。     

双光纤Bragg 光栅用于FBG型传感器的温度补偿

理论分析了FBG型传感器的温度应变交叉敏感机制，利用温度和应变响应相同的光栅对实现了光纤Bragg光栅应力／应变传感器的温度补偿，有效的消除了交叉敏感对FBG型传感器测量精度的影响，有利于光纤Braagg光栅传感器的实用化。     

基于光纤光栅的传动齿轮模态分析

利用光纤光栅传感器实现了基于快速应变响应的传动齿轮模态分析。基于波分复用技术组建光纤光栅传感网络,根据光纤光栅的应变响应数据完成齿轮的应变模态分析,并与基于声压传感器的齿轮试验模态分析结果进行对比,固有频率相对误差小于0.1%。为了实现光纤光栅传感器的快速应变采集,搭建了一套光纤光栅快速解调仪。该解调仪是基于体相位解调的单通道快速解调仪,采样速率最高为35kHz,使用LabVIEW编写了光纤光栅信号采集和解调软件。基于光纤光栅的齿轮应变模态分析方法附加质量小,比传统加速度传感器测量结果更准确,能够适应小型齿轮箱内部复杂和恶劣的测量环境,具有一定的应用价值。     

双轴光纤光栅及其传感应用

简要介绍和分析了保偏光纤及双轴光栅的性质，研究了双轴光栅用作传感器的基本原理，介绍了它在三维应变测量、横向负载测量及双折射光纤拍长测量方面的应用。     

A novel weight measurement method based on birefringence in fiber Bragg gratings

Unlike the usual wavelength modulation principle of fiber Bragg grating (FBG) sensors, a novel weight sensor based on birefringence in FBG is proposed in this paper. The creation of the birefringence is based on the different stresses of the two orthogonal directions in the fiber core cross-section. If weight is applied on an FBG in the radial direction, two reflection spectra with different polarization states which can be observed by an optical spectrum analyzer will occur. An experimental prototype is set up and the measurement principle is described in this paper. Preliminary experimental results indicate that the proposed measurement method is very suitable for the application of heavy weight measurement in the range of 20 tons, especially for vehicle load monitoring in highway charge-by-weight systems. The sensitivity of weight measurement is be estimated to be about 5 kg.     

混凝土裂缝分布式光纤光栅监测能力研究

深入分析了光纤布喇格光栅(FBG)裂缝传感原理,研究了基于FBG传感的分布式裂缝监测技术。为验证FBG裂缝传感的可行性,进行了混凝土模型试验发现,FBG能准确监测到裂缝发生和扩展及其过程中的定量规律;串联在一根光纤上的多只FBG传感器能进行分布式监测,在不知裂缝的具体位置和走向的情况下,能监测混凝土结构裂缝的发生和发展。     

一类密集型分布式FBG传感方法

为了在密集型传感场合下,能提高分布式温度传感系统中传感器的数量,设计了全同 FBG传感器,文中通过实验对全同FBG传感方法作了分析和讨论。     

基于实时校准技术的光纤光栅传感解调系统

报道了一种采用实时校准技术的数字化光纤光栅传感解调方案。解调系统利用锯齿波电压信号和数字相位同步信号控制可调谐光纤法布里一珀罗(TFFP)滤波器，对光纤光栅传感器阵列进行扫描式寻址，同时采用非测量环境中的参考光栅和数字温度计提供精确的参考波长，并由高速数字信号处理器(DSP)实时校准滤波器的波长读取值，很好地消除了滤波器渊谐的温度漂移、非线性和蠕动性引起的测量误差。结果表明，实验系统的波长寻址范围为1520～1570nm，扫描频率为100Hz，波长测量分辨率为5pm，应变测量分辨率为4．13με。     

新型耐高温FBG传感系统研究

为解决传统的高温传感器不能满足对电解Al槽温等高温环境的实时在线测量问题,提出了基于波长调制的光纤Bragg光栅（FBG）高温传感系统,设计了一种新型封装结构的耐高温FBG传感头,具有体积小、灵敏度高和线性度好等特点;采用了基于InGaAs图像传感器衍射解调技术对光反射波长进行解调,缩短了系统的响应时间,提高了测量精度...