基于轴向应变误差修正的FBG形状重构算法

针对轴向应变误差影响光纤布拉格光栅(FBG)形状传感器的重构精度问题,提出了一种基于轴向应变误差修正的形状重构算法。纤芯位置偏差是造成轴向应变误差的主要因素,为了获取光纤形状传感器的纤芯位置偏差,提出了三芯光纤形状传感器的误差理论模型。通过ANSYS Workbench对误差理论模型进行有限元建模仿真,将纤芯位置偏差和标定偏差代入误差理论模型,对存在位置偏差的纤芯轴向应变数据进行修正,并与理想纤芯位置处的轴向应变数据进行对比,证明了该理论模型对存在误差的轴向应变数据具有良好的修正效果。为了计算每个检测点的纤芯位置偏差,根据提出的误差理论模型,提出了一种基于二分法逐次逼近的FBG形状传感器纤芯位置偏差计算方法。仿真结果表明,纤芯位置偏差修正前后重构曲线的最大位置误差从1.74 mm减小到0.10 mm。对于自封装的FBG形状传感器,使用纤芯位置偏差修正前后,重构空间曲线的最大位置误差从19.81 mm减小到7.66 mm。     

基于光纤传感的形状传感发展研究

光纤传感技术是近年来新兴的一种传感技术, 在众多领域中得到了广泛的关注和研究。归纳总结了光纤形状传感技术研究的主要进展, 讨论了基于光纤光栅传感和分布式传感的光纤形状传感技术的基本原理, 介绍了形状重构的理论框架——Frenet-Serret公式, 分析了分布式光纤形状传感技术研究中的关键问题, 并在此基础上对分布式光纤形状传感技术的研究前景进行了展望。     

基片式光纤光栅应变传感器的应变传递研究

为了实现光纤光栅传感器对基体表面应变的准确监测,以基片式光纤布拉格光栅(FBG)传感器为研究对象,推导了基片式FBG应变传感器所测应变与基体应变之间的关系,即应变传递系数表达式。实验上,将实验室封装的铜基片式应变传感器黏贴在圆柱形试件上,测定了该传感器的应变传递系数。结果表明,理论所得的应变传递系数与实验所测的应变传递系数之间的误差很小,证明了应变传递系数推导的合理性,为基片式传感器的封装和使用提供了理论指导。     

多芯光纤光栅形状传感性能与重构误差研究

多芯光纤光栅形状传感技术利用空分复用以及应变监测的优势,结合不同的栅点布设方案,实现待测对象的连续曲率和形状传感。首先介绍了多芯光纤光栅曲率和挠率传感原理,提出采用齐次矩阵变换的三维重构算法实现光纤的三维形状重构。为了探究不同光栅密度对实验精度的影响,利用算法编程模拟了不同光栅间距下的三维形状重构精度,依据模拟仿真的结果,建立了不同光栅间距与三维重构误差之间的关系。三维形状传感实验使用光栅间距为10 cm和5 cm的七芯光纤光栅串。实验结果表明,最大误差出现在尾点处,分别为2.56 cm和1.15 cm,占全长的3.2%和1.4%,平均误差为1.32 cm和0.62 cm,占全长的1.7%和0.8%。实验结果与仿真值比较接近,说明可以依据仿真结果对不同光栅间距下的三维形状误差进行预测。结合具体的应用场景合理配置测点资源,在较低的成本范围内实现高性能的检测。     

高强度光纤光栅与碳纤维的复合及应变传感特性研究

针对光纤光栅工程化应用性能不佳的问题,提出将高强度光纤光栅与碳纤维材料复合,介绍了复合样品的结构形式,分析了应变传递过程,然后对其应变传感特性和疲劳性能进行了实验研究。结果表明:复合样品能够达到较高的应变传递效率,具有良好的应变传感特性;疲劳实验中复合样品保持正常工作,波长变化曲线的幅度稳定;疲劳实验前后复合样品的应变传感特性基本不变,应变灵敏度系数分别为1.12和1.17pm/με,应变响应曲线的线性度均高于0.999,重复性分别为0.623%和0.397%。     

表面式光纤光栅传感器应变传递研究

建立了表面式光纤光栅传感器力学模型;推导了表面式光纤光栅传感器感测应变与基体应变间的关系;仿真分析了衬底厚度和黏结长度对应变传递效果的影响;实验证明在黏结长度为40mm有衬底和无衬底及黏结长度为20mm有衬底三种情况下光纤光栅应变传感器的灵敏度系数分别为54.4pm/0.1mm,54.8pm/0.1mm,52.8pm/0.1mm。实验结果证明了理论推导和仿真分析,为传感器封装提供了指导。     

表面粘贴式FBG传感器应变传递率的影响因素综述

表面粘贴式光纤布拉格光栅传感器测量系统包括光纤、中间层、基体三部分。而由于三者力学性能、热力学性能的不匹配,基体的应变并不能完全传递至光纤,二者之间存在应变传递率。总结应变传递率的影响因素,并针对变温环境下的应用场景,给出了应变修正方程。     

单光纤光栅温度应变双参数传感研究

报道了一种用一根光纤光栅实现温度与应变同时测量的传感方案。用于同时传感温度与应变的光纤光栅写于两种不同光纤的连接处 ,本身具有两个反射峰。由于两种光纤的光热系数不同 ,两个反射峰具有不同的温度响应。通过监测两个反射峰的波长移动便可实现温度与应变的同时测量。     

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℃。     

基于FBG的钻孔应变传感器研制

为了监测地壳内部的微应力应变,设计了一种基 于光纤布拉格光栅(FBG)的钻孔应变传感器。结合FBG的传感原理,通过有限元分析 ,构建出曲边三角形的 传感应变结构,并根据其传感特点进行相应的封装。使用参考光栅法,在应变片上粘贴两支 FBG,在一支 FBG测量应变的同时另一支FBG对其进行温度补偿,解决了FBG对温度和应变同时敏感的 问题。为了模拟传感 器在 钻孔中的环境,建立了微应变测试平台。实验结果表明,研制的钻孔应变传感 器的灵敏 度为0.092pm/με,且具有较大的增敏空间。     

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。     

光纤形态传感器研究进展

光纤形态传感技术是解决柔性体形态测量、光电缆实时形态跟踪、医疗介入针轨迹实时跟踪等3D形态恢复问题的创新型技术方案。光纤形态传感技术以光纤作为敏感元件,传感器具有结构简单、易于嵌入安装、测量不需要视觉接触、耐腐蚀,以及抗电磁干扰等优点,适用于水下、地下等复杂环境中的大尺度结构形态测量。近年来,光纤形态传感器受到了越来越多的关注,文章综述了光纤形态传感技术的最新研究进展,以一维曲率传感器、全向型曲率传感器和空间形态传感器为线索,介绍了各阶段传感器的研究现状以及面临的挑战。     

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。     

基于SMS-FBG结构的温度应变双参数传感特性研究

提出了一种基于单模-多模-单模(SMS)光纤干涉结构级联光纤布拉格光栅(FBG)的光纤微结构温度应变双参数测量传感器,并对其应变特性、温度特性进行了实验研究。通过采用光纤熔接手段将长度为35.5 mm的多模光纤熔接在两段单模光纤之间,构成SMS光纤干涉结构,并通过级联FBG制成温度应变双参数测量传感器。结果证明,在200～2 000με应变范围内,单模-多模-单模干涉结构和FBG的应变灵敏度分别为-2.31和1.22 pm/με,线性度分别达到0.999 2和0.999 4;在580～700℃温度范围内,其温度灵敏度分别为58.79和13.64 pm/℃,线性度分别达到0.996 7和0.998 2,可实现温度、应变双参数的同时测量。     

光栅粘贴长度对应变传递影响的实验研究

表面粘贴作为光栅主要的粘贴方式之一,简单方便,应用广泛。光纤光栅实际栅区长约1.0~1.5cm,解调仪反映的是栅区的综合变化,实际粘贴长度影响测量结果。该文就光纤光栅不同粘贴长度影响应变测量结果作了实验研究,发现粘贴长度越长,结果与实际应变的误差就越小,实验结果将为光纤光栅封装等提供参考。     

分布式光纤温度应变传感系统性能改进研究

为了降低布里渊后向散射光不稳定的偏振态以及系统噪声对分布式光纤温度应变传感系统测量精度的影响,进一步提高测量温度、应变的精度和系统信噪比,提出在该系统中加入扰偏器,以减小系统误差;同时应用小波去噪的方式降低信号的噪声。选用体积和插入损耗都较小的PolaRITETMⅢPSM-001扰偏器。小波去噪过程选用db5小波,经过离散小波变换函数wavedec对信号进行小波分解,选用thselect函数实现阈值获取,选用waverec函数实现信号小波重构。实验证明扰偏器能使系统误差降低到原来的1/3,小波去噪使系统信噪比从原来的26.6dB提高到38.5dB。     

分布式光纤温度应变传感系统性能改进研究

为了降低布里渊后向散射光不稳定的偏振态以及系统噪声对分布式光纤温度应变传感系统测量精度的影响, 进一步提高测量温度、应变的精度和系统信噪比, 提出在该系统中加入扰偏器, 以减小系统误差; 同时应用小波去噪的方式降低信号的噪声。选用体积和插入损耗都较小的PolaRITETMⅢ PSM-001扰偏器。小波去噪过程选用 db5 小波, 经过离散小波变换函数wavedec对信号进行小波分解, 选用thselect 函数实现阈值获取, 选用waverec函数实现信号小波重构。实验证明扰偏器能使系统误差降低到原来的 1/3, 小波去噪使系统信噪比从原来的26.6dB 提高到 38.5dB。