光纤光栅二次涂敷封装温度特性的研究

系统研究了二次涂敷封装方案对光纤光栅（FBG）温度特性的影响。在对裸FBG温度特性进行研究的基础上,建立了FBG二次涂敷封装的双层温度模型,分析了涂敷材料的力学特性参量对涂敷后温度特性的影响。研究结果表明,高杨氏模量、高泊松比、高热膨胀系数以及大涂敷厚度有助于提高涂敷后FBG的温度灵敏度。采用聚合物材料对FBG进行了二次涂敷实验,结果表明,涂敷后的温度灵敏度为66pm／℃,与理论计算数值68．9pm／℃基本吻合,验证了双层涂敷模型计算方法的可行性。     

光纤光栅温度传感增敏方法研究

针对裸光栅温度灵敏度较低的问题,设计了一种封装方式并进行结构制作。所设计的封装方式是将光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)置入毛细玻璃管中,并填充353ND环氧树脂胶,最后固定在铜片基底上。首先对FBG温度传感及增敏机理进行了理论分析,然后进行结构的设计及制作,最后进行温度传感测试。聚合物353ND和铜片的热膨胀系数显著高于裸光栅,在外界温度发生变化时会对光纤光栅施加附加应力,从而提高其温度灵敏度,并保护FBG传感器的结构。实验结果表明：在40℃至140℃的温度传感测试中,FBG的反射波长保持着不错的线性;温度灵敏度由增敏前的10 pm/℃提升到了21 pm/℃左右,且温度传感特性拟合曲线线性度达到0.996以上。     

低温环境下FBG温度传感特性研究

在低温环境中,光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)材料的热膨胀系数和热光系数会发生改变,从而影响其温度传感特性。文章通过实验研究了裸光纤光栅传感器和黄铜管封装的光纤光栅传感器在低温下的温度传感特性。结果表明,在80~300 K温度范围,裸FBG温度传感器的灵敏度为6.43 pm/K,线性度为0.974,在80~230 K温度范围,温度与光纤光栅的中心波长呈现非线性关系;黄铜管封装的FBG温度传感器,在整个温度范围内灵敏度可达26 pm/K,线性度为0.996,较裸FBG温度传感器均有较大提升。对比实验表明,对光纤光栅进行封装,可以提高其温度灵敏度和线性度,改善温度传感特性。     

光纤光栅传感器的应力补偿及温度增敏封装

针对光纤光栅（FBG）温度传感器的交叉敏感问题,提出了一种FBG温度传感器的Al盒封装工艺,并对其温度和应力特性进行了理论分析和实验研究。研究表明,该封装有效地减小了FBG的应变灵敏性,并将温度灵敏度提高到裸FBG的1．8倍。     

光纤光栅毛细钢管封装工艺及其传感特性研究

提出了一种光纤光栅 (FBG)的毛细钢管封装工艺 ,并通过材料试验和水浴法试验对其应变与温度传感特性进行了研究。与裸光纤光栅的测试结果比较表明 ,毛细钢管封装工艺基本不改变光纤光栅的应变传感特性 ,但是温度灵敏度系数提高了约 2 5倍。经过该工艺封装的光纤光栅可以探测识别 1με与 0 .0 5℃的应变与温度变化。     

光纤光栅聚合物封装及传感特性研究

把两种聚合物(HTC-1, THE-5)及金刚砂按一定比例均匀混合后,对光纤光栅(FBG)进行封装处理:封装后光纤光栅的应变和温度传感线性度非常好,均达到0.99以上,应变线性范围超过8000微应变,与裸光纤光栅的测试结果相比灵敏度系数提高了3.5倍,温度灵敏度系数提高7倍左右,抗压强度为65 Mpa,完全满足土木结构的智能监测需要。     

光纤光栅聚合物封装工艺及性能测试

按一定比例把两种聚合物(HTC-1,THE-5)及金刚砂均匀混合后,对光纤光栅(FBG)进行封装处理,然后分别对其应变、温度、抗压强度等特性进行研究;封装后光纤光栅的应变和温度传感线性度非常好,均达到0.99以上,应变线性范围超过8000微应变,与裸光纤光栅的测试结果相比灵敏度系数提高了3.5倍,温度灵敏度系数提高7倍左右,抗压强度为65MPa,完全满足土木结构的智能监测需要。     

光纤Bragg光栅液氦环境下温度传感特性的研究

进行了液氦温度(4.2 K)到室温(298 K)温区内光纤Bragg光栅(FBG)温度传感性能的实验研究.重点分析了液氦温度(4.2 K)到液氮温度(77 K)FBG的温度传感特性.实验表明:FBG传感特性与温度相关.在50 K以下,温度响应基本没有变化;50 K-77 K,波长偏移量随温度上升变化不规律;150 K-298 K传感特性近似成线性.对比裸光栅与涂敷光栅,涂敷光栅的温度灵敏度远大于裸光栅的温度灵敏度.选用外加热膨胀系数大的聚合物封装,可以显著提高FBG的温敏系数和线性度.     

钛合金片封装光纤光栅传感器的应变和温度传感特性研究

提出了一种光纤光栅（FBG）的Ti合金片的封装工艺,实验和理论研究了FBG的应变和温度传感特性。与裸FBG的测试结果相比,Ti合金片封装工艺基本不改变FBG应变传感的灵敏度,但是温度灵敏度系数提高了1.76倍。经过Ti合金片封装后的FBG可以探测到1με和0．05℃。     

光纤光栅聚合物封装及传感特性研究

把两种聚合物（HTC-1,THE-5）及金刚砂按一定比例均匀混合后,对光纤光栅（FBG）进行封装处理：封装后光纤光栅的应变和温度传感线性度非常好,均达到0.99以上,应变线性范围超过8000微应变,与裸光纤光栅的测试结果相比灵敏度系数提高了3.5倍,温度灵敏度系数提高7倍左右,抗压强度为65 Mpa,完全满足土木结构的智能监测需要.     

光纤布拉格光栅温度传感增敏特性的实验研究

分别以铜、铝、有机玻璃、聚四氟乙烯为实验衬底材料,对采用片式粘敷封装技术的光纤布拉格光栅温度传感增敏特性进行了实验研究。研究结果表明,当对两侧尾纤有涂覆层的光纤布拉格光栅进行封装时,其温度灵敏系数分别是裸纤情况下的2.3倍、2.9倍、5.2倍、11.7倍。然而,粘敷材料在较高温度时显著的热膨胀会引起光纤包层与涂覆层发生一定的脱离,导致此时其实验结果重复性不甚理想。为了克服这种不利情况,对尾纤无涂覆层的光纤布拉格光栅进行了封装测试。在测试温度范围内,其反射波长随温度的变化始终呈现良好的线性关系,其温度灵敏系数分别提高到了3倍、3.4倍、9.2倍、12.6倍,测量结果重复性良好。研究结果为将来片式封装光纤布拉格光栅传感器的温度增敏特性的研究,提供了必要有益的数据支持和参考。     

Dual functional performance of fiber Bragg gratings coated with metals using flash evaporation technique

Metallic and other type of coatings on fiber Bragg grating (FBG) sensors alter their sensitivity with thermal and mechanical stress while protecting the fragile optical fiber in harsh sensing surroundings. The behavior of the coated materials is unique in their response to thermal and mechanical stress depending on the thickness and the mode of coating. The thermal stress during the coating affects the temperature sensitivity of FBG sensors. We have explored the thermal response of FBGs coated with Al and Pb to an average thickness of 80 nm using flash evaporation technique where the FBG sensor is mounted in a region at room temperature in an evacuated chamber having a pressure of 10^?6 Torr which will minimize any thermal stress during the coating process. The coating thickness is chosen in the nanometer region with the aim to study thermal behavior of nanocoatings and their effect on FBG sensitivity. The sensitivity of FBGs is evaluated from the wavelengths recorded using an optical sensing interrogator sm 130 (Micron Optics) from room temperature to 300 °C both during heating and cooling. It is observed that the sensitivity of the metal coated fibers is better than the reference FBG with no coating for the entire range of temperature. For a coating thickness of 80 nm, Al coated FBG is more sensitive than the one coated with Pb up to 170 °C and it reverses at higher temperatures. This point is identified as a reversible phase transition in Pb monolayers as the 2-dimensional aspects of the metal layers are dominant in the nanocoatings of Pb. On cooling, the phase transition reverses and the FBGs return to the original state and for repeated cycles of heating and cooling the same pattern is observed. Thus the FBG functions as a sensor of the phase transitions of the coatings also.     

光纤光栅毛细钢管封装工艺及其传感特性研究

提出了一种光纤光栅的毛细钢管封装工艺,并通过材料力学多功能实验台和恒温箱对其应变与温度传感特性进行了研究。与裸光纤光栅的测试结果比较表明,毛细钢管封装工艺基本不改变光纤光栅的应变传感特性,但是温度灵敏度系数提高了约2.7倍,且线性度、重复性良好,为光纤光栅在温度测量领域的应用提供了一个很好的封装方法。     

可实现温度降敏的金属化光纤布拉格光栅

针对光纤布拉格光栅(FBG)传感器用于精确测量应力/应变场合时需屏蔽或补偿其温度灵敏性,本文在FBG化学镀Ni保护的基础上加入ZrO2微粒,形成Ni-ZrO2化学复合镀层,既具有金属镀层的保护作用,同时又实现了FBG的温度降敏。经元素分类扫描(EDS)测试,Zr元素的质量含量为30.12%,Ni元素的质量含量为67.87%;经扫描电镜(SEM)检测,复合镀层与FBG传感器结合紧密。对两支Ni-ZrO2化学复合镀保护的FBG传感器进行了多次30～90℃的温度传感实验,相比于化学镀Ni的FBG,其温度灵敏系数平均下降了34.59%。这表明,经Ni-ZrO2化学复合镀保护的FBG传感器具有温度降敏的特性。     

金属化光纤光栅高温失效及其光谱特性

光纤光栅(FBG)作为温度传感器在智能结构领域得到广泛关注,然而将其埋入金属基体的方法大多是焊接方法。由于焊接过程经历高温,对FBG传感特性将产生一定不良影响。为提高FBG在高温工况下的应用,采用化学镀结合电镀的方法,对FBG进行了镀铜、镀镍金属化试验。采用高温加热炉对金属化FBG进行了短时间高温失效试验,分析了300~900℃区间内金属化FBG的温度灵敏度、光谱特性以及功率衰减规律。结果表明:在300~800℃温度区间,镀铜、镀镍的FBG以及裸光栅的平均温度灵敏度分别为15.35 pm/℃、16.34 pm/℃、16.1 pm/℃;金属化FBG的失效温度约为900℃,与裸光栅相比提高了约100℃;获得了金属化FBG失效过程的光谱及反射峰功率衰减情况。     

双光栅监测环氧树脂固化过程及玻璃化温度实验

为了实时监测环氧树脂的固化过程,建立了基于 光纤布拉格光栅(FBG)的固化监测系统。将裸FBG、石英毛细管封装FBG和高精度热 电阻浸入到环氧树脂及其固化剂的混合物中,一 起经历固化过 程。在升降温过程中,用热电阻监测环氧树脂内部温度变化,用波长解调仪实时测量两种FB G的波长变化。 实验结果表明,石英毛细管封装FBG监测到的温度变化趋势与热电阻监测结果相同;两种FBG 的波长差反 映了固化过程中的收缩应变,固化初期变化较大,之后逐渐减小。以玻璃态转变温度为分界 点,直接植入 环氧树脂的FBG温度灵敏度分别为石英毛细管封装FBG的5.3倍和为2.2倍。     

工程应用中不同包层直径光栅的结构选择与参数设计

使一个光纤光栅的两段分别具有不同的包层直径,在正确的应用条件下可解决工程中的应变、温度交叉敏感难题.对不同包层直径光栅在有、无涂覆层两种情况下的应交传感特性进行了深入的力学分析,推导得出了结构实际应变与两段光栅相对波长变化的关系表达式,并数值仿真分析了直径比和长度比对其应交灵敏特性的影响.研究结果有利于指导实际应用时光栅的结构选择和参数设计.此外指出,在实际工程应用中无论采用何种封装形式或复合方式,要从应变、温度的混合信息中提取出结构体的真实应变,必须使不同包层直径光栅满足两端拉伸的受力条件.     

Effect of fiber coating on temperature sensitivity in polarimetricsensors

The effect of fiber coating on the temperature sensitivity in a polarimetric sensor has been investigated using the concept of finger prints for bare birefringent fibers. An accurate, simple mechanical model has been proposed for the analysis of phase sensitivity through stress analysis for multiply coated birefringent fibers. It is found that a singly coated fiber has a higher temperature sensitivity than a doubly coated fiber with a silicone buffer coating. Both singly and doubly coated birefringent fibers can have their temperature sensitivities nullified by choices of fiber coating     

基于PI湿敏薄膜的分布式光纤Bragg光栅湿度传感器

研究了基于聚酰亚胺（PI）湿敏薄膜的分布式光纤Bragg光栅（FBG）湿度传感器。传感器利用PI薄膜湿膨胀效应,将湿应变作用于Bragg栅区,从而改变光纤FBG湿度传感器中心波长的原理,实现了对26-98％RH范围内环境相对湿度的监测。通过改进PI湿敏薄膜的制备及涂覆工艺,有效提高了FBG湿度传感器性能,并采取了相应温...