胶粘剂对表贴式FBG传感器应变传递系数的影响

利用光纤光栅（FBG）传感器对基体表面应变进行测量,通常利用胶粘剂将光纤光栅传感器粘贴在基体表面,使其与基体协调变形。但胶粘剂在不同表面的粘接性能不同,对应变测量所造成的影响也就存在差异。针对这一问题,本文通过实验,简化应变传递模型,对比FBG传感器粘贴在等强度梁以及标准树脂试件的应变测量结果。结果表明:胶粘剂在基体表面的剪切强度越大,表面粘贴式FBG传感器的应变传递系数也越大。      

线结构光传感器标定不确定度估计

分析了标定样本数据的不确定度对线结构光传感器标定精度的影响,利用矩阵扰动理论和一阶不确定度分析理论,给出线结构光视觉传感器模型中映射矩阵参数不确定度的评估方法,并建立了从标定样本数据不确定度到标定不确定度的传播模型。利用蒙特卡洛统计法进行了仿真验证,结果表明所建立不确定度传播模型的有效性,为线结构光传感器标定精度的评估提供了依据。     

内埋光纤光栅的复合材料层压板拉伸应变研究

利用内埋在复合材料层间的光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器监测复合材料层压板在拉伸过程中的应变变化,并与复合材料层压板试样表面粘贴的应变片测得数据进行对比,同时研究了光纤光栅的埋植位置对复合材料力学性能的影响。探索了FBG传感器在复合材料应变监测中的有效性和可靠性。结果表明:内埋于复合材料层间的FBG传感器可以有效反映复合材料层压板在受到拉伸载荷过程中的应变变化,对比FBG传感器与应变片测得的实验结果,二者所测得的应变变化趋势吻合良好,而且埋植光纤光栅对复合材料层压板的拉伸强度影响较小。     

FBG应变传感器的动态特性及其应用范围

通过对应变波的传播过程分析，研究了FBG（Fiber Bragg Grating）应变传感器的动态特性，给出了应变波传递到裸FBG上的滞后时间，估算了FBG应变传感器的最高工作频率，并将自行封装的FBG应变传感器粘贴于海底管线模型上进行了振动台试验，结果表明，FBG应变传感器适用于低频振动系统的监测需要，在对低频振动系统的监测中具有良好的工作性能。     

表面粘贴式光纤布拉格光栅应变传递规律分析与实验研究

粘贴于结构物表面测量应变,是光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)的一种重要应用形式。在前人研究基础上,研究去除涂覆层的FBG的应变传递规律,并通过实验验证了理论分析结果。通过理论分析建立了纤芯层-粘结层-基体层的3层应变传递模型,运用仿真分析研究了粘结层剪切模量、光纤与基体之间的胶层厚度、光纤粘贴长度和宽度以及光纤上部胶层厚度对平均应变传递率的影响,分析了影响应变传递的主要因素,提出了增大应变传递率的方法,为表面粘贴式裸光纤光栅的应用提供了重要参考。实验中选用LOCTITE 401胶粘剂将裸光纤光栅粘贴于等强度梁上,通过应变测量实验验证了模型的准确性和有效性,实验中去除涂覆层的裸光纤光栅的平均应变传递率高达96%以上,与理论模型计算值相比误差在1%左右,很好地证明了裸光纤光栅用于应变测量的准确性和可行性。     

低频振动传感器幅值和相移测量的不确定度

深入研究影响测量结果的不确定度来源和大小，参考ISO 16063-11:1999不确定度分量表，根据实验结果和经验数据，对低频振动国家副基准测量高精度低频振动传感器套组灵敏度幅值和相移进行测量不确定度的分析和评估，为修订国家振动传递系表提供了参考依据，其灵敏度幅值和相移测量的不确定度（ =2）为16Hz参考点，0.30%和0.19；0.1Hz120Hz通频带，0.66%和0.65。     

基于真实载荷的托架瞬态分析及优化

目的 研究托架在称量传感器标定过程中的应力、变形情况。方法 采用有限元分析技术对称量传感器标定过程进行仿真模拟,研究托架在称量传感器标定过程中的应力、变形情况,并对有限元分析结果进行验证。结果 通过对仿真结果分析发现了称量传感器标定装置托架应力集中部位。结论 优化设计时对应力集中部位进行了圆角化,使得托架强度和刚度得到了较大的提高。     

光纤光栅传感器用于飞行试验应变测量的可行性研究

为推进光纤光栅(FBG)传感器在飞行试验应变测量中的应用,对其进行地面验证试验,并分析传感器封装结构、测试粘接工艺对应变测量的影响。FBG在飞行试验应用中具有体积小、质量轻的优势,但光纤易受损,需用不锈钢基片将光纤封装后使用AB胶与被测基体粘接。该文通过FBG与电阻应变计对比实验,验证其应变测量可行性,结果表明,FBG传感器响应趋势与电阻应变计一致,但封装后的FBG在胶结层存在较大应变损失;进一步建立应变传递模型进行仿真分析,定量计算测量误差,提出在满足飞行试验工艺可行性的前提下,胶结层厚度应尽量小,弹性模量应尽量大,即可有效提升FBG应变测量精度。     

热残余应力对内埋光纤光栅传感器性能的影响

将布拉格光纤光栅(FBG)埋植于复合材料T型加筋板结构非干涉区—三角填充区作为应变传感器对复合材料加筋板在固化过程及冲击后压缩过程中的应变变化进行监测。对比了光纤刻栅区采用UV光固化树脂涂层保护和未保护的两种FBG传感器的波谱信号变化; 分析了复合材料在固化成型过程中产生的非轴对称热残余应力对FBG传感性能的影响。结果表明, 刻栅区采用聚合物涂层保护的FBG传感器的半峰宽(FWHM)在固化过程中未发生变化, 并且聚合物涂层可以有效地消除非轴对称热残余应力对光纤光栅反射波谱的影响。在冲击后压缩过程中, 采用聚合物涂层保护的FBG传感器测得的应变与贴于试样表面的应变片测得的应变数据一致性较好。本文对埋植于复合材料加筋板三角填充区的FBG传感器在复合材料固化过程及冲击后压缩过程中应变监测的有效性及可靠性进行了有益的探索。     

MEMS三维微触觉力传感器标定方法

针对一种微机电系统(micro electro mechanical system,MEMS)三维微触觉力传感器,采用悬臂梁弯曲变形获得了标准微小力信号,通过测量传感器敏感梁弹性导致的传感器测杆的微小位移量,对标定过程中的误差进行了补偿,实现了三维微触觉力传感器的精确标定.建立了MEMS三维微触觉力传感器标定系统,对悬臂梁的弹性系数进行了标定,对传感器测头输出的微小电压信号设计了线性化的信号调理电路.标定过程中考虑了由于传感器敏感梁弹性变形导致的传感器测杆的微小位移量对标定精度的影响.采用高精度的纳米测量机(nano-measuring machine,NMM)对传感器测杆的位移特性进行测量,利用该参数对传感器的力特性系数进行误差补偿,最后根据传感器输出的初始电压和力特性系数建立了传感器的力特性输出方程.     

应变传感器计量特性的校准方法

为了合理评价应变传感器（应变计）的计量特性,讨论了应变计的相关国家标准和技术规范中计量特性的不同之处,并以振弦式应变计为例,归纳出应变计的计量特性参数。对应变计校准现状进行分析,设计了一种基于激光干涉法的高精度校准装置,标距范围可以达到500mm,并提出了系列计量特性的高精度计算方法。通过试验对应变计的计量特性进行测试,并评估了综合误差的校准不确定度U=0.10%（包含因子k=2）。     

Modeling, design, fabrication, and testing of a fiber Bragg grating strain sensor array

The modeling, design, simulation, fabrication, calibration, and testing of a three-element, 15.3 cm fiber Bragg grating strain sensor array with the coherent optical frequency domain reflectometry (C-OFDR) interrogation technique are demonstrated. The fiber Bragg grating array (FBGA) is initially simulated using in-house software that incorporates transfer matrices. Compared to the previous techniques used, the transfer matrix method allows a systemwide approach to modeling the FBGA-C-OFDR system. Once designed and simulated, the FBGA system design is then imprinted into the core of a boron-germanium codoped photosensitive fiber using the phase mask technique. A fiber optic Fabry-Perot interferometric (FPI) strain gauge calibrator is then used to determine the strain gauge factor of a single fiber Bragg grating (FBG), and the results are used on the FBGA. The FPI strain gauge calibrator offers nondestructive testing of the FBG. To test the system, the FBGA is then attached to a 75 cm cantilever beam and interrogated using an incremental tunable laser. Electric strain gauges (ESGs) are then used to independently verify the strain measurements with the FBGA at various displacements of the cantilever beam. The results show that the peak strain error is 18% with respect to ESG results. In addition, good agreement is shown between the simulation and the experimental results.     

基于光频梳的乙炔稳频1542 nm激光波长测量研究

利用光频梳对稳频激光波长进行测量是建立基于光频梳的波长基标准的必经程序。为了建立基于光频梳的波长标准,并为开展激光波长校准工作提供技术准备,利用自研光纤光频梳对乙炔稳频1542 nm激光波长进行了测量。利用光频梳产生参考激光与待测激光差拍,通过简单的代数关系获得了乙炔稳频激光的绝对频率和真空波长,并与相应的国际推荐值进行了对比。实测获得的乙炔稳频激光的真空波长值为1542.38 371 235 742 nm,在CIPM给定的不确定度范围内,秒稳定度为4.13×10-13。两台不同的光频梳对乙炔稳频激光波长的测量结果具有高度一致性,进一步证明了光频梳对激光波长的测量准确性。本研究对于顺应国际长度基标准发展趋势,加速光频梳在激光波长测量领域的应用进程具有重要意义。     

Design and analysis of an integrated optical sensor for scanning force microscopies

In this paper, a novel probe for displacement sensing will be introduced. It is based on a conventional GaAs cantilever, integrated with a Bragg grating as a photo-elastic strain sensor. The deflection of the cantilever is measured directly from the intensity modulation of the reflected light. The principle of the experimental setup and the sensor, as well as the theoretical investigation of the force and displacement sensitivity of the probe, is presented. Finite-element method simulations were performed to get the optimum sensor design. Transfer matrix method simulation of the waveguide grating have been described in detail. In order to enhance the sensitivity, different types of grating structures are discussed. Using this new design, it should be possible to achieve sensitivities, defined as the fractional change in detected optical power per unit displacement of the cantilever, as high as 10/sup -4/ /spl Aring//sup -1/ of cantilever deflection.     

微风速标准装置的建立和热线风速仪校准方法的实验研究

中国计量科学研究院建立了微风速标准装置,基于该标准装置对热线风速仪的校准展开了实验研究。微风速标准装置基于相对法测量原理,实验通过气浮滑车搭载热线风速仪运动,由激光干涉仪测得的距离对时间微分得到标准速度,通过这种方式实现了热线风速仪的校准。滑车的运动速度可以溯源到国家计量院的时间和长度基准;此外,根据热线风速仪传感器的理论模型计算得到了热线风速仪的静态特性方程,比较理论模型与校准结果,发现二者具有良好的一致性。实验结果和不确定度分析表明:微风速标准装置的扩展不确定度U=0.82%（k=2）;热线风速仪校准结果的扩展不确定度U=2.42%（k=2）。     

复合材料胶层光纤布格光栅应变监测优化配置研究

航空航天用复合材料粘接胶层在制造和服役过程中不可避免会产生各种缺陷和损伤。针对其粘接胶层缺陷和损伤检测,基于光纤光栅应变传感原理,提出一种针对复合材料胶接层结构应变监测的光纤光栅传感网络优化配置的方法。通过仿真和实验研究了埋入复合材料构件胶接层的光纤布拉格光栅传感器在静载作用下的敏感区域分布特性,分析了载荷位移与布拉格波长漂移的关系,建立符合光纤布拉格光栅传感器实际特点的探测模型,采用粒子群优化算法进行光纤光栅传感网络的优化布置,研究结果表明光纤布拉格光栅传感器位置经优化后,覆盖率得到明显提高。     

基于火箭橇试验的北斗接收机动态校准技术

提出一种基于火箭橇试验的北斗接收机动态校准技术,通过阐述动态校准过程,火箭橇试验标准弹道建立方法、接收机动态定位和速度误差评定方法、火箭橇试验外测参数的溯源及校准过程不确定度评定方法,建立了计量型可溯源的火箭橇试验系统,并对两款接收机校准结果进行了分析。结果表明火箭橇试验能够有效解决北斗接收机的高动态校准问题,具有一定的应用价值和扩展前景。     

具有溯源性的原子力显微镜探针法向弹性常数标定系统

原子力显微镜(AFM)悬臂梁探针的弹性常数在微纳米尺度力学测试中十分重要,其准确程度直接影响力学测量结果的可靠性,故需对其进行精确标定.因天平法的测量结果可溯源,本文在已有天平法的基础上,研制了一套新型标定系统.该系统将AFM测头与超精密电磁天平相结合.微悬臂梁在精密位移台的带动下接触天平并产生弯曲,接触力由天平测得,微悬臂梁的弯曲量由光杠杆检测,并通过反馈系统进行精确控制,最后根据胡克定律计算出弹性常数.利用本系统对4种不同型号商用微悬臂梁探针的法向弹性常数进行了标定,标定结果表明本系统具有良好的测量重复性.通过进行不确定度分析,得到测量结果的相对标准不确定度优于2%.     

聚丙烯悬臂梁冲击强度测试的不确定度评定

以聚丙烯树脂为测试材料,采用ASTM D 256:2010规定的方法为标准测试手段,在悬臂梁冲击试验仪上测定23℃下的冲击强度,对测试过程中的不确定度分量进行分析和评定,并给出了具体数值。通过试验得出聚丙烯常温悬臂梁冲击强度测试的扩展不确定度为7.6J/m,k=2,置信概率p≈95%。