一种差动式光纤Bragg光栅渗压、温度双参量传感器

设计了一种差动式双光纤Bragg光栅渗压、温度双参量传感器.在渗压作用下,波纹管产生一个轴向位移,并传递给等强度悬臂梁的自由端,使等强度悬臂梁产生一个挠度变化,带动粘贴在悬臂梁上下表面的光纤Bragg光栅的中心波长发生移位.通过检测两只光纤Bragg光栅中心波长的差值来获得渗压;通过检测两只光纤Bragg光栅中心波长的平均值来获得环境温度.传感器测试表明,传感器对渗压的灵敏度为1.982 nm/MPa,线性度约为0.97％,重复性为1.5％;传感器对温度的灵敏度为0.009 5 nm/℃,线性度约为3.4％.该传感器利用差动结构并结合适当的数据处理实现了对渗压与温度的双参量检测.     

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。     

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。     

液位-液压-温度同时检测光纤隔膜传感器

为了实现液位液压及温度三参数同时准确检测,本文首先采用光纤Bragg光栅(FBG)、弹性隔膜、微腔、FBG固定板及导气管构建了光纤隔膜传感器,搭建了测量系统。其次,建立了传感器测量理论模型,实验研究了传感器对液位、液压及温度的响应特性。最后,为了研究传感器对外界环境变化的抗干扰能力,实验研究了温度、倾角和液位动态变化速率对液位及液压测量结果产生的影响。研究结果表明：当液位变化速率为10～100 cm/min、传感器倾斜角度在-30°～30°范围、温度在20℃～60℃范围时,传感器输出信号与液位0～220 cm及液压0～22 kPa间具有线性关系,液位及液压测量结果不受液位变化速率、传感器倾角及温度变化的影响;传感器液位、液压及温度灵敏度分别为35.16 pm/cm、359.46 pm/kPa和10.07 pm/℃,最大相对误差为5.6%。     

基于改进 EMD 方法的 FBG 传感网络光谱基线校正研究

针对光纤布拉格光栅(FBG)传感网络中,由于环境条件导致的光谱信号基线漂移问题,本文提出一种基于改进经验模态分解(EMD)的光谱信号校正方法。用该方法对仿真数据处理,处理后光谱可通过设置阈值划分出各FBG反射峰区,验证了改进EMD方法的可行性。通过实验采集在光纤通路损耗及端面反射影响下、产生基线漂移情况的FBG传感网络光谱信号,并使用改进EMD法、小波软阈值法和惩罚最小二乘法进行实时的光谱校正处理,运用高斯非线性拟合法计算正常和校正后光谱的各FBG中心波长。结果显示,运用改进EMD法校正后计算的各FBG中心波长,传感信号存活率分别提高48.9%和61.6%,平均偏差和偏差标准差最小,分别为4.33、6.28和6.01、6.58 pm。该方法校正后的光谱信号能为物理量检测提供可靠信息。     

工程化光纤光栅液体压力传感器的研制

液体压力是流体压力管道结构的重要荷载,传统的液体压力传感装置无法满足长期监测对其稳定性与耐久性的要求.基于双光纤光栅感知原理,针对某重点工程项目的环境条件,设计开发出了一种满足工程应用需求的液体压力传感装置,给出了详细的理论分析,并通过大量的标定试验分析了该装置的传感特性,理论与实验数据吻合很好,相差小于3％.根据随机抽取的100个传感器的标定数据,采用统计分析方法得到了该类传感器的各性能指标:测量范围0～2.5 MPa,分辨率＜0.4％F·S,迟滞＜2.4％F·S,重复性＜2.3％F·S,线性度＜2.1％F·S,总精度＜4％F·S,结果表明该传感器具有温度自补偿、线性度和重复性好、精度较高等优点,适合压力管道结构液体压力测试,具有良好的应用前景满足实际工程需要.     

用于火炮膛内压力测试的电容式传感器的设计

通过研究目前火炮膛压测试中所存在的问题--传感器安装结构与测压器小体积之间的矛盾,设计了一种新的用于火炮膛压测试的电容式压力传感器,由电路筒作为固定电极,测压器壳体作为可动电极形成极间距离为0.5 mm的同轴圆筒电容变换器,它的固有频率达到52.665 kHz,灵敏度为0.009 9 pF/MPa,压力测量范围是0-600 MPa,论文详细阐述了电容式压力传感器的工作原理,结构设计,利用有限元软件ANASYS对其力学特性及热学特性进行了仿真模拟,并做了性能测试.试验结果表明:电容值和所受压力近似成线性关系,且具有良好的稳定性.     

A new flexible FBG sensing beam for measuring dynamic lateral displacements of soil in a shaking table test

In this paper, the design, validation, and application of a new flexible fiber Bragg grating (FBG) sensing beam are presented for effectively measuring dynamic lateral displacements inside soil mass in a shaking table test. The special flexible FBG sensing beam has been fabricated by employing a series of FBG sensors along with design of temperature compensation. Based on this design, equations of converting strains to lateral displacements are derived by using both differential and integral methods. Subsequently, the effectiveness of the FBG sensing beam has been verified in a shaking table test with non-contact laser displacement sensors (LDSs). The dynamic lateral displacements at different depths of the soil mass in the shaking table box throughout time history are calculated by differential and integral methods and compared with the results of LDSs. The comparison validates the measurement accuracy of the FBG sensing beam. Additionally, the Fast Fourier Transform (FFT) analysis result demonstrates that frequency measured by the sensing beam fits well with the results of traditional accelerometers and LDSs. Therefore, it can be concluded that the flexible FBG sensing beam is compatible with the stiffness of the soil and is capable of measuring dynamic lateral displacements with good accuracy in a shaking table test.     

基于光纤光栅的温度与压力柔性传感性能测试

为了探究光纤FBG埋入仿生体中的传感性能,制备了一种光纤FBG柔性传感器,并对其温度和力觉的感知能力进行了探究。首先,介绍了FBG柔性传感器的结构及制作方法;接着,建立了柔性传感器的温度和压力传感模型,并使用有限元分析软件Abaqus对柔性传感器受压情况进行理论模拟;最后,对FBG柔性传感器和裸FBG传感器的温度和力觉感知能力进行了对比试验。试验结果表明,FBG柔性传感器灵敏度在升温和降温过程分别为13.14和11.06 pm/℃,是裸FBG传感器的1.3倍;静态压力加载过程和卸载过程分别为0.318 1和0.345 3 pm/g,比裸FBG传感器提高了3倍且线性相关系数为99.5%,较裸FBG传感器线性度好;检测通行载荷信号比裸FBG传感器强;20 g实心钢球从50 cm高度冲击应变值为38με,跟踪效果明显。该传感器灵敏度高且重复性好,对仿生体皮肤的触滑觉研究有一定的参考意义。     

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。     

磁性液体微压差传感器校准信号源的研究

提出了一种新颖的低频(0.1～100Hz)磁性液体正弦压力信号源,可用于微压差传感器校准实验,该信号源能够产生与激励电流频率相同的正弦微差压.利用单自由度受迫振动原理分析了输入电信号和输出压力信号之间的函数关系.采用有限元方法(FEM)分析了磁性液体正弦压力信号源内的磁场分布并计算了磁性液体所受磁场力.最后搭建了测试信号源性能的实验平台,并给出了实验结果,由此计算了系统的固有频率及阻尼比等特征参量.实验结果显示与理论分析一致.     

Performance evaluation of piezoelectric and differential pressure sensor for vortex flowmeters

Piezoelectric and transient differential pressure sensors are two among the most widely employed sensors for vortex flowmeter application. The present study evaluates the performance of these two techniques under fully developed and disturbed flow conditions. Firstly, the location of the transient differential pressure sensor is optimized to obtain high amplitude signals and good linearity in Strouhal number. Empirical mode decomposition method in combination with autocorrelation decay is successfully employed at high Reynolds numbers to identify the vortex shedding frequency in presence of hydrodynamic noise. The performance of the differential pressure sensor deteriorates significantly under disturbed flow conditions at low Reynolds number due to the presence of low frequency components. This deterioration in the signal quality limits the lower operating range of the flowmeter with differential pressure sensor. The output signals of the piezoelectric sensor and differential pressure sensor under no flow condition are compared to obtain the background noise due to piping vibrations and electrical interferences. These results will help a designer to suggest robust signal processing algorithms for vortex frequency detection.     

可同时测量温度和压力的高灵敏度光纤光栅传感器

报道一种新颖的基于单个光纤布拉格光栅的传感器。该传感器将光栅的一部分封装在周围填充聚合物的金属空腔里,另一部分固定在金属柱体内。由于固定的光栅部分不受应变的影响,而封装在聚合物的光栅同时受温度和应变的影响,因此该结构可实现温度和应变的分离传感。同时,这种聚合物封装的结构把施加在聚合物上的横向应力巧妙地转化为施加在光栅上的轴向应变,可大大提高其应变传感灵敏度。实验结果表明该传感器不但可以实现压力和温度的同时测量,而且其压力灵敏度系数可达9.65×10-3MPa-1,约为裸光栅的4770倍。     

数控机床误差的圆轨迹运动激光非接触测量新方法

对数控机床圆运动轨迹的测量是评价机床轮廓加工精度的有效方法之一。传统的测试设备如球杆仪很难实现在高进给速度下对小半径圆轨迹进行测量。本文介绍的利用激光多普勒位移测量仪可以在比较高的速度状态下、在半径从1mm到150mm范围内对数控机床的圆轨迹实现非接触测量，可获得数控机床的几何误差、反向间隙、伺服系统误差等，并能测得相应的圆半径、进给速度及加速度。本文主要论述采用这种新方法对数控机床伺服系统控制性能的优劣进行评价。     

基于落锤装置的力监测压力绝对校准方法研究

在详细探讨了利用落锤装置进行压力校准的多种途径的基础上,针对力监测压力方法中存在的传感器力值测量精度易受预紧力和惯性力影响的问题,提出了一种改进方法,即在落锤装置原有锤头结构的基础上自行研制了高精度的应变式力传感器,推导了通过自研力传感器监测造压油缸内压力的惯性力修正模型,并总结了模型进一步简化所需满足的前提条件。在此基础上分别对传统和自研力传感器开展了多组校准试验,试验结果表明,采用过渡件和螺栓固定等传统安装方式会对力传感器产生附加预紧力和惯性力两方面的不良影响,造成传感器在测量锤头和活塞杆之间的撞击力时产生很大的测试误差;自研力传感器在满足重锤质量远大于活塞杆质量并保证撞击对中精度的前提下,能够直接根据传感器测得的力值和活塞杆横截面积计算出缸内的压力,和现有的比对式准静态校准方法相比,其高压段压力监测精度优于1%,可作为一种有效的压力校准方法。     

PTB330型气压传感器示值误差测量不确定度评定

文章通过建立模型,分析了PTB330型气压传感器测量结果的不确定度来源、评定测量结果的不确定度分量,得出了示值误差测量的合成标准不确定度及扩展不确定度。文章选取10台气压传感器按照自动气象站气压传感器检定规程要求,对各检定点进行测量结果不确定度评定,为同类型的气压传感器测量的检定结果提供科学的参考依据。     

A novel method of plotting sensor sensitivity field and image reconstruction algorithm for electrical capacitance tomography system

Sensor sensitivity field in electrical capacitance tomography is affected by the distribution of multiphase medium, which is the peculiarity of soft field. This brings great difficulty for image reconstruction. To improve the quality of image reconstruction, it is important to analyze the distribution of the sensitivity field. In this article, using the finite element method, we expound a kind of novel plotting pattern to field, which is the distribution of sensitivity field through computer simulation. From experiments and results of sensitivity field analysis, a novel method of image reconstruction based on genetic algorithms is presented. The finite element model is correct and simulation result is fine by adopting unequal interval plotting patterns. At the same time, the result of image reconstruction has high precision. __________ Translated from Chinese Journal of Scientific Instrument, 2005, 26(3) (in Chinese)     

应用压力传感器控制立缆机放线电机的研究

传统立式成缆机放线速度的测控由舞蹈轮来实现,其结构较繁琐,占用空间较大,各零件分散,与成缆机向模块化发展的方向相违背。因此,设计了一种以压力传感器为测控介质的新型测控系统,该系统结构简单、调试方便、性能稳定可靠、工作效率高,值得推广。     

基于Elman神经网络的压力传感器温补偿的研究

当受到温度、电磁波等外界因素的影响,压力传感器的测量精度较低,测量值容易有较大的波动.因此,当压力传感器运用于汽车等移动设备时性能下降.以对温度极其敏感的CYJ-101压力传感器为例,建立18组样本数据在Elman模型的神经网络中进行温度补偿训练.仿真结果显示,通过Elman神经网络的温度补偿,传感器的测量误差降低约2...     

The pore water pressure sensor based on Sagnac interferometer with polarization-maintaining photonic crystal fiber for the geotechnical engineering

The pore water pressure sensors with the six-hole suspended-core polarization-maintaining photonic crystal fiber (SC-PM-PCF) and commercial polarization-maintaining photonic crystal fiber (PM-PCF) are designed based Sagnac interferometer and calibrated in the laboratory. According to the theoretical analysis and calibration results, the transmission spectrum is very sensitive to the pore water pressure. It is found that the wavelength of the spectrum has a good linear relationship with variances of the surrounding pore water pressure, and the coefficient of wavelength–pressure of the commercial PM-PCF is 304.41 kPa/nm with the length of 35 cm as the sensing element while the coefficient of the SC-PM-PCF is 254.75 kPa/nm with the length of 100 cm. Finally, the two PM-PCF sensors are applied and compared with the conventional Pore water Pressure Transducers (PPTs) in a physical model test. It is found that measurements of the PM-PCF sensors are in good agreement with the results measured by the conventional PPTs.