基于MXene的柔性压力传感器制备及其表征

柔性压力传感器在可穿戴电子设备、电子皮肤、人机交互等领域具有广泛的应用。我们以MXene修饰的聚氨酯海绵作为导电材料、微结构化设计的PET薄膜作为基础材料,设计并制备了一种基于MXene的柔性压阻式压力传感器。该传感器具有制造工艺简单、成本较低等优点。对传感器的压力传感性能和稳定性功能进行了表征,结果表明,该传感器灵敏度高(0.345 kPa^-1,0～6 kPa; 2.270 kPa^-1,6 kPa～11 kPa)、动态响应时间快(380 ms),在连续的加载-卸载测试循环中保持良好的重复稳定性。我们还对传感器的压力感知功能进行了可视化验证。该传感器有望应用于可穿戴设备、柔性电路、电子皮肤等相关领域。     

基于高阶模干涉的光纤应变传感器

介绍一种利用光纤内的高阶模干涉原理实现对应变测量的新型光纤应变传感器.在采用相同光纤的条件下,该应变传感器具有与光纤布拉格光栅(FBG)相反符号的应变系数,其温度灵敏度与FBG传感器相同,而应变灵敏度约为FBG传感器的2倍,非常适合与FBG结合实现应变与温度的同时测量,并具有结构简单、制作方便和成本低等特点.     

一种新颖的基于预应变技术的光纤光栅应变温度传感器

报道了采用预应变技术制作的一种结构简便而新颖实用的光纤光栅传感探头及其对温度和应变的响应特性。该方法能使一根光纤光栅产生两个以上的反射峰 ,因此能解决温度和应变测量时存在的交叉敏感问题。在测量范围内 ,应变和温度响应曲线具有良好的线性。     

一种同时测量温度和应变的光纤光栅传感器

报道了一种新型实用的用单根光纤布拉格光栅(FBG)实现温度和应变分离传感的技术。当光纤光栅一部分包层直径变小时，整个光栅可以看成由两个周期相同但直径不同的子光栅连接而成。理沦分析和实验都证实了这两个子光栅具有相同的温度敏感性和不同的应变敏感性．由此实现光纤光栅传感器中温度和应变两参数的分离测量，而且这两个子光栅的中心波长间距可以直接测量应变大小．温度变化不影响所测量的应变值。实验中光栅的一部分包层直径被HF酸腐蚀到82μm．获得了两子光栅应变响应系数分别为0．00201nm/με．0．000858nm/με，二峰间距的应变响应系数为0．00116nm／με．二峰的温度响应系数均为0．01nm/℃的测量结果．依据这些结果可以对温度和应变进行同时分离测量。     

基于各项异性的组合式PVDF应变传感器

在应用压电薄膜测量结构表面应变时,薄膜上的感应电压是其面内两个正交方向应变的函数。要获得结构表面某处一个方向的应变,就必须在该处粘贴和检测两片以上的压电薄膜,这对应用于随机载荷作用下的结构应变测量非常不便。利用压电薄膜材料的各向异性开发了组合式压电薄膜应变传感器,这使检测的感应电压和结构表面单一方向的应变成正比关系。根据压电方程推导了组合式压电薄膜输出电压和被测单向应变间的关系,并通过对一个带有小孔平板试件的应变分布测量试验和有限元数值分析,验证了该组合式应变传感器的可行性及具有很高的测量精度。该法操作简单,对实际工程结构应变测量具有重要的实用价值。     

光纤光栅传感器用于结构应变检测的研究

分析了光纤光栅传感的优势及其系统组成,它采用波长调制,与光强调制和干涉调制相比,检测结果更加精确。同时利用波分复用等技术,串联多个布喇格光栅进行准分布式监测,对智能化建筑的实现很有帮助,并具体应用到一种力学模型—悬臂梁。     

分布式光纤传感器的应变测量方法及其应用

基于背向瑞利散射的分布式光纤传感器是对应变、温度耦合敏感的高分辨率传感器。针对应变测量方面,研究对比了分布式光纤传感器及电阻式应变片在应变测量方法上的区别。通过钢板单向拉伸试验,分别从测量精度、线性度及可重复性等方面研究对比了分布式光纤传感器及电阻式应变片的测量数据。通过非等厚度悬臂梁弯曲试验,分析分布式光纤传感器在应变测量方面的优势,并借助于分布式光纤传感器的应变测量数据,重构结构表面应变场。     

基于咖啡环效应的宽程柔性应变传感器

柔性传感器是柔性电子器件中关键的一种器件,柔性电子的快速发展对传感器的线性度、灵敏度和响应时间等性能提出了更高的要求.基于此,通过咖啡环效应在聚二甲基硅氧烷(PDMS)上沉积碳纳米管(CNT)形成厚度梯度传感薄膜,制备了兼具宽程、线性良好、灵敏度高与响应快速的柔性应变传感器,且制备方法简单.传感器的响应时间为80 ms...     

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℃。     

毛细管构成的多腔室F-P应变传感器

设计了一种基于毛细管拼接的多腔室法布里-珀罗(F-P)干涉型光纤传感器,实现了对外部应变的测量。该传感器结构由内径2μm、长度129. 8μm的毛细管以及内径75μm、长度574. 6μm的毛细管与单模光纤拼接构成,内部包含三个F-P腔,两个腔对传感器干涉条纹的形成起主要贡献作用。选取传感器器反射谱的两个波谷dip 1和dip 2来测量外部应变。在中心波长为1 413 nm的波谷dip 1处,测得的应变灵敏度为1. 5 pm/με,线性拟合系数为0. 989 9;在中心波长为1 583 nm的波谷dip 2处,测得的应变灵敏度为1. 4 pm/με,线性拟合系数为0. 995 1。传感器制作简单易重复、结构微小、线性度好、成本低。该传感器在应变传感应用领域中具有一定使用价值。     

光纤光栅应变传感器温度补偿解决方案

光纤布拉格光栅(FBG)温度、应变的交叉敏感问题阻碍了其实用化技术的发展。针对FBG应变传感测量中的交叉敏感问题,系统综述了几种典型温度补偿的解决方案。介绍了其工作原理并简单分析了其特点,同时提出了一种改进型的双金属温度补偿封装结构。     

Full Strain Tensor Treatment of Fiber Bragg Grating Sensors

Embedded fiber Bragg gratings can be subjected to arbitrary states of strain including shear strain. Such perturbations can cause coupling between polarization modes. Coupled-mode theory in Bragg gratings so far neglected this effect and only considered forward-backward coupling. Polarization mode coupling within a Bragg grating leads to interdependencies between Bragg reflection peaks which have so far been unaddressed. We formulate a full strain tensor treatment of fiber Bragg gratings, considering the coupling of the polarization modes within the grating. We give an approximation for the coupling coefficients affecting the polarization mode coupling and numerically solve the coupled-mode equations for representative states of strain. We show in which way shear strain affects the optical response of a grating and demonstrate how the fiber's beat length influences this characteristic.     

光纤应变传感器的研究现状与发展

对光纤应变传器的研究现状与发展进行综述,并对它的未来发展提出了作者的看法和分析,对各种传感器的特点嘬新研究成果给出较详细的报导。     

用于编织复合材料应变检测的光纤微弯传感器

研究了光纤微弯传感器在树脂基编织复合材料应变检测中的应用，将光纤编入三维四向编织碳／环氧复合材料试件中，构成微变传感器，并通过树脂传递模塑工艺成型，对编入试件光纤的性能参数进行了测试，并对在三点弯曲载荷下试件内部的应变进行了检测，实验结果表明，编入试件的微弯传感器可以经受编织工艺和成型工艺，该传感器具有一定的灵敏度和测量范围。     

基于游标效应的高灵敏光纤温度和应变传感器

提出一种基于光纤Sagnac干涉仪(FSI)和偏振模干涉仪(PMI)级联结构的高灵敏光纤温度和应变传感器。FSI作为参考干涉仪,是将对温度、应变、弯曲及扭转不敏感的椭圆芯保偏光纤(ECPMF)引入到Sagnac环内制得的。PMI作为传感干涉仪,是对光纤起偏器与末端端面镀金的熊猫型保偏光纤(PMF)的快轴/慢轴以45°角进行熔接制得的。参考干涉仪的自由光谱区(FSR)易被调整为接近传感干涉仪的FSR,从而产生光学游标效应,实现灵敏度放大。实验结果表明:所设计的级联传感器的温度灵敏度达15.56 nm/℃,是单个PMI的11.12倍;应变灵敏度达154.04 pm/με,是单个PMI的11.81倍。所设计的传感器具有灵敏度高、制作简单、稳定性好等优点,在航空航天、工业生产等领域中具有广阔的应用前景。     

Highly Oxidation-Resistant and Self-Healable MXene-Based Hydrogels for Wearable Strain Sensor

Very recently, MXene-based wearable hydrogels have emerged as promising candidates for epidermal sensors due to their tissue-like softness and unique electrical and mechanical properties. However, it remains a challenge to achieve MXene-based hydrogels with reliable sensing performance and prolonged service life, because MXene inevitably oxidizes in water-containing system of the hydrogels. Herein, catechol-functionalized poly(vinyl alcohol) (PVA-CA)-based hydrogels is proposed to inhibit the oxidation of MXene, leading to rapid self-healing and superior strain sensing behaviors. Sufficient interaction of hydrophobic catechol groups with the MXene surface reduces the oxidation-accessible sites in the MXene for reaction with water and eventually suppresses the oxidation of MXene in the hydrogel. Furthermore, the PVA-CA-MXene hydrogel is demonstrated for use as a strain sensor for real-time motion monitoring, such as detecting subtle human motions and handwriting. The signals of PVA-CA-MXene hydrogel sensor can be accurately classified using deep learning models.     

应用光纤Bragg光栅测量混凝土结构内部应变

采用与土木工程施工特点相适应的传感器工艺与保护方法，将光纤Bragg光栅（FBG）埋于正在建设的呼兰河大桥预应力箱梁中，测量了预应力张拉过程中混凝土结构内部的应变变化。结果表明，FBG显示了良好的传感性能，能够监测混凝土内部应变状态，发挥出成活率高、绝对值测量和寿命长等优势，为建立结构健康监测系统奠定了基础。     

Hybrid Interrogation System for Distributed Fiber Strain Sensors and Point Temperature Sensors Based on Pulse Correlation and FBGs

A hybrid interrogation scheme for distributed strain sensors and point temperature sensors is proposed and its feasibility is demonstrated. It exploits the advantages of distributed sensors and point sensors simultaneously. The proposed interrogation scheme uses a wavelength tunable pulse source and wavelength-dependent reflectors for region selective sensing. Experimental results confirm its linear response and a resolution of 0.02% of the total dynamic range, which in our experiment is over 2000 microstrains for sensing regions of around a 0.5-m length. The stability of the measurements is over 99.8%. Finally, the high input power from the signal source and the limited losses from the reflectors allow the usage of a large number of sensors in a fiber.      

光纤光栅传感器温度和应变交叉敏感的研究现状

从测量原理和实验装置上详细介绍了利用光纤光栅传感器区分测量温度和应力的两种解决方案:双波长矩阵运算法和双参量矩阵运算法。叙述了其主要工作原理,给出了图示说明,并对它们的优缺点进行了比较分析,为以后选取恰当的测量方法提供了依据。