井下FBG高压传感器特性的实验研究

在光纤Bragg光栅(FBG)作为敏感器件设计压力传感器时,需要提高FBG的压力灵敏度.实验中,设计了基于应变圆筒的压力变换装置,并对圆筒的轴向应变进行放大.利用高压测试系统对传感器的压力特性进行实验研究,结果表明:该FBG压力传感器的波长灵敏度为27.1 pm/MPa,约为裸光栅的9倍,线性度为0.999.     

基于光纤光栅的螺纹钢标准试件拉伸应变分析与测量

利用光纤光栅作为传感元件,对螺纹钢标准拉伸试验试件的拉伸应变特性进行了分析与测量,采用电阻应变片作为对比测量,并与理论值进行了比较.测量结果FBG2的应变测量灵敏度为15.647 με/kN非常接近理论期望值15.680με/kN,而电阻应变片的应变测量灵敏度仅为14.162 με/kN;同时,利用光纤光栅测量钢筋试件弹性模量,其中FBG2测得弹性模量为2.03×105MPa与标准测量值一致.结果表明,作为测量应变的常用仪器,光纤光栅比电阻应变片具有更强的实用性.     

光纤光栅温度压力同时区分测量技术研究

提出一种基于金属合金薄壁弹性圆筒双光纤Bragg光栅(FBG)温度压力同时区分测量的传感模型。将FBG1和FBG2分别沿着圆筒的轴线方向粘贴在空心段外壁上和底座实心的外壁面上。圆筒内压力和温度的变化将引起FBG1波长的变化,温度的变化引起FBG2波长的变化,通过FBG2对FBG1的温度补偿进行温度和压力的同时区分测量。在100℃内2、0 MPa压力下,实验测得传感器的压力响应灵敏度系数约为0.012 nm/MPa,温度响应灵敏度系数约为0.012 nm/℃。     

一种实用的光纤Bragg光栅压力传感器

设计了一种弹性圆筒为衬底的光纤Bragg光栅(FBG)压力传感头,采用参考光栅补偿温度变化对FBG测量压力的影响。在温度为20～100℃、压力为0～20MPa的范围内测试了传感器的特性,并给出了修正温度变化后压力引起波长漂移的实验曲线。结果表明,传感器压力灵敏度为-0.0127nm/MPa,其绝对值约是裸FBG压力灵敏度的4倍,实现了压力增敏。传感头采用密封设计,避免了液体和气体的渗漏,通过选择不同的内径和壁厚,可调整传感头的量程和灵敏度。     

布拉格光纤光栅用于标准钢筋试件应变传感和弹性模量测量的实验研究

利用两组布拉格光纤光栅 (FiberBraggGrating ,FBG)FBG1和FBG2对标准钢筋试件的应变和弹性模量进行了测量 ,并与电阻应变片的实验结果进行了对比。FBG1、FBG2和电阻应变片的应变测量灵敏度分别约为 1/ 14 5 .6、1/ 15 5 .8和 1/14 1.5 με/吨 ,理论值为 1/ 15 6 .86 με/吨 ;测量钢筋试件弹性模量分别为 2 .2 12× 10 5、2 .0 35× 10 5和 2 .2 73× 10 5Mpa,而理论值为 2 .0 3× 10 5Mpa。结果表明 ,作为测量应变的常用仪器 ,FBG比电阻应变片的实用性能更为优越。     

光纤FBG高压传感器的优化设计与实验研究

基于对FBG传感器薄壁圆筒材料和结构的优化设计,制作了FBG高压传感器,在0～50MPa压力范围,进行了加压和减压高压实验,实验结果表明:FBG的压力灵敏度为0.0374nm/MPa,其中心波长与压力变化有着良好的线性关系和重复性,且迟滞性好。模拟结果与实验结果很好吻合。     

光纤光栅和静态电阻在静压模型管桩测试中的对比试验研究

为了提高光纤布拉格光栅(fiber Bragg gratin g,简称FBG)应变传感器测量精度,针对光纤光栅传 感器在模型管桩试验应用情况,提出了一种光纤光栅传感器理论灵敏度系数和实验灵敏度系 数应变标定方 法。该方法通过实验标定微型光纤光栅应变传感器的灵敏度系数,与理论分析传感器灵敏度 系数进行对比, 同时在模型管桩安装传感器位置粘贴应变片。实验结果表明,标定后的FBG应变传感器测试 结果更加准确, 为基于FBG应变传感器的模型管桩监测技术奠定了基础。同时,该方法适用于FBG传感器应 用与模型管 桩前的标定,可以得到准确反映模型管桩受力变形的真实数据,提高了光纤光栅传感器在模 型管桩试验中 的测量精度。同时,该方法简单、易操作,为光纤光栅传感器在试验和工程中应用奠定了基 础,加快了FBG 传感器在模型管桩荷载传递监测应用的步伐。     

一种高灵敏度光纤光栅压力传感器

为测量管路中的液体压力,设计了一种基于L型梁的高灵敏度光纤Bragg光栅(FBG)压力传感器。通过将FBG粘贴于L型梁上,当压力作用于一端为锥台结构的活塞上时,活塞将通过锥台推动L型梁发生弯曲,从而使FBG产生应变。基于本文结构的FBG压力传感器可用于测量管路中的液体压力,并具有较高的压力灵敏度。实验结果表明,本文传感器在0～6 MPa范围内的压力灵敏度为4.97×10-4 MPa-1,约为裸栅的251倍,且具有良好的线性度和可重复性。     

基于进口膜片的光纤光栅压力传感器的研究

分析了光纤布喇格光栅(FBG)的压力传感特性,给出了FBG的中心波长与压力的关系以及压力灵敏度系数的表达式,并将FBG纵向粘贴在富士公司生产型号为FBC 20WB2的膜片上进行了压力实验。实验结果表明粘贴在FBC 20WB2型膜片上的FBG压力传感器的灵敏度系数为0.376 nm/MPa左右,其测量精度在满量程范围内为1%,而理论的压力灵敏度系数为0.385 nm/MPa。同时发现粘贴在该膜片上的FBG压力传感器的中心波长与压力变化有着良好的线性关系和很高的相关系数并且迟滞现象较小,说明基于该膜片的FBG压力传感器非常适合于压力测量。     

三向光纤布拉格光栅应变传感器的设计及应变特性

针对多向应变测量问题,采用凸台和圆环状基片结构设计了一种三向光纤布拉格光栅（FBG）应变传感器,实现了对结构三个方向应变的同步测量。通过振动试验台和不锈钢板进行了同电阻应变片的静态对比实验和振动监测实验。结果表明,FBG应变传感器和应变片在三个方向的静态应变曲线基本一致,相关系数分别为0.98、0.98和0.99。振动功率谱分析结果表明,FBG应变传感器和应变片均观察到了一次谐波和二次谐波,频率误差分别为2.77%和0.97%,且应变片还监测到了高次谐波信号。该传感器具有结构简单、尺寸小、测量精度高、定位准确等优点,在多向应变监测领域具有良好的应用前景。     

应力增敏的光纤布拉格光栅压强传感器

提高光纤布拉格 (Bragg)光栅传感器响应灵敏度是提高光纤布拉格光栅传感系统检测精度的有效途径之一。基于弹性聚合物材料封装和金属波纹管封装对光纤布拉格光栅应力响应的增敏作用 ,提出了一种新颖的应力响应增敏的高灵敏度光纤布拉格光栅压强传感器模型。推导了该传感器的压强与布拉格波长相对偏移量之间的关系 ,给出了该传感器压强响应灵敏度系数的解析表达式。表明该传感器布拉格波长相对偏移量和压强之间具有良好的线性关系 ,同时也指出通过适当选择弹性体的弹性模量、波纹管弹性系数等特性参数 ,以及它们的尺寸 ,就可以方便地调整该传感器的压强响应灵敏度系数。该传感器压强响应灵敏度系数实验值高达 - 4 35× 10 -9Pa-1( -6 74nm/MPa) ,是裸光纤光栅压强响应灵敏度系数的 2 197倍 ,理论值为 - 4 6× 10 -9Pa-1,实验值与理论值吻合得很好     

应用在油气管线的光纤光栅温度压力传感系统

为了提高光纤光栅的温度和压力灵敏度系数以满足实用化对灵敏度精度的要求,对光纤光栅进行封装设计。得到封装后的光纤光栅温度和压力灵敏度系数分别为0.052nm/℃和0.8208nm/MPa,分别为裸光栅的5倍和273倍,且传感器的温度和压力响应与光栅反射波长成良好的线性关系。通过半个月的油气管线现场实验,测得光纤光栅温度压力传感器与油气管线的电类传感器的测量值符合得特别好,该温度和压力传感系统满足了温度和压力的实时测量。     

新颖的光纤Bragg光栅压强传感器的实验研究

提出了一种基于圆柱形容器和活塞结合的光纤Bragg光栅（FBG）传感模型。将FBG粘接在基底材料上，基底材料固定在活塞和容器底部间，容器内压力的变化导致活塞移动进而带动FBG所受拉力的变化，从而实现对外界压强的检测。该传感器的压强响应灵敏度系数理论值和实验值分别为0．9200nm／MPa和0．8223nm／MPa，分别为裸FBG灵敏度系数的306和274倍。该传感器有很好的线性度，线性度为0．9998。可以改变该传感器的有关参数来调节传感器的压强灵敏度系数，实现不同压强范围的测量。     

一种耐高压光纤布拉格光栅压力传感器

提出了一种基于圆柱形应变筒的耐高压光纤布拉格光栅压力传感器,推导了该传感器波长与压力之间的关系,得到了其压力响应灵敏度的解析表达式。从实验上获得了0．0676nm／MPa的压力响应灵敏度,约是裸光纤布拉格光栅压力响应灵敏度的23倍,本传感器的压力响应具有很好的线性,压力测量范围可达30MPa以上。可应用于高压情况下物理量的传感测量。     

一种改进的膜片式FBG压力传感器的研究

报道了一种改进的膜片式光纤布拉格光栅(FBG)压力传感器,采用特殊的膜片结构和凸台固定光纤的方式,解决了在以往膜片式光纤压力传感器中存在的栅区应力不均匀问题。对在不同固定方式下栅区的应力状态进行了理论分析。实验结果表明,该种传感器的灵敏度为14.81nm/MPa,在0.0～0.3MPa的量程内线性度在0.99以上,未出现光谱展宽现象。     

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。     

光纤Bragg光栅高压传感研究

通过采用特殊压力管封装光纤Bragg光栅（FBG）,分析了压力管结构封装FBG的压力响应特性。在0～40MPa压力范围,进行了加压和减压的高压实验。推导了传感器波长与压力间的关系,得到了压力响应灵敏度的解析表达式。实验结果表明：FBG的压力灵敏度为-0．0377nm／MPa,其中心波长与压力变化有着良好的线性关系和重复性,且迟滞性好。     

一种同时测量温度和压力的FBG传感器

报道了一种能同时测量温度和压力的FBG(光纤布拉格光栅)传感器,这是将单个FBG的一部分(约为整个光栅的一半)牢固地粘在开口环上所形成的FBG传感器。当对开口环升高温度和施加压力时,能够利用单个FBG实现对温度和压力的同时测量。实验结果表明,在温度22～82℃及压力0～10N范围内,温度和压力的响应具有良好的线性。