基于转动支承梁式的光纤光栅低频加速度传感器

为了实现低频振动的高灵敏度测量,设计了一种基于转动支撑梁的新型光纤布拉格光栅加速度计。 通过分析其振动 模型和 MATLAB 数值计算,优化了传感器的结构参数,设计传感器理论灵敏度为 1 725 pm / g,固有频率为 68. 4 Hz。 同时通 过 COMSOL 模拟分析传感器的动态特性,其模拟结果与理论分析吻合。 频响特性和幅值特性实验结果表明光纤光栅加速度 计在加速度 0 ~ 2 g、工作频率 0. 5 ~ 20 Hz 的范围内,传感器加速度特性曲线呈现良好线性关系,灵敏度高达 1 495. 2 pm / g,重 复性良好。 该传感器结构简单紧凑,轴承结构有效减少悬臂梁振动过程中的弹性能耗,可显著提高其灵敏度,能够实现低频 振动信号的探测。     

分布式光纤Bragg光栅振动加速度测量及其系统的研究

本文基于连续波调频、波分、光纤光栅测量等技术，利用分布光纤光栅阵列设计了加速度实时测量系统。系统中，利用微机械技术设计加速度测量探头；应用连续波调频技术、波分技术实现串、并联光栅信号的解调。应用扫描滤波技术实现信号的辨识。本研究可完成低频微振动加速度信号多点测量。     

基于柔性铰链的增敏型FBG加速度传感器

中高频振动信号的获取对被动源地震监测有着重要作用,针对中高频光纤光栅加速度传感器灵敏度低的问题,提出了一种带有2个惯性质量块的三铰链加速度传感器新型结构.采用2对光纤光栅差分排列的方式,使灵敏度是单光纤光栅的2倍,并能剔除温度变化带来的影响.从理论给出了传感器的灵敏度和谐振频率公式,并讨论了结构参数对传感器灵敏度和谐振...     

新型光纤光栅加速度传感器的设计与实现

利用光纤光栅作为基本传感元件，设计制作了一种基于悬臂梁结构的新型光纤光栅加速度传感器。测量范围＋／-10g，灵敏度10mg，测量频率小于100Hz。与光纤加速度传感器相比，光纤光栅加速度传感器具有更高的稳定性及抗干扰能力。并且由于光纤光栅本身的波分复用的特性，可以很方便地构成加速度传感网络进行测量。     

光纤智能材料在振动传感器中的应用

针对传统振动传感器不适应大规模组网监测及振动信号的无中继远距离传输的问题,设计研制了一种新型的基于光信号并适宜信号远传的匹配滤波光纤光栅振动传感器.该传感器结构简单,匹配滤波环节少,生产简便.实验室性能测试结果表明,传感器响应频率与测试频率一致,信噪比高,满足桥梁低频响应的检测要求.实桥监测结果验证了其信号远距离传输的可靠性及对结构低阶频率的良好识别效果.     

基于等强度悬臂梁的光纤Bragg光栅低频加速度传感器

由于粘贴于等强度悬臂梁的光纤Bragg光栅受振动质量块驱动而产生应变,一种光纤Bragg光栅低频加速度传感器被研制和定义为基座运动引起的单自由度系统的受迫振动模型。模型计算表明该加速度传感器的固有频率fn为16.96 Hz.固定于激振器的光栅加速度传感器受正弦激励。加入硅油后,光栅加速度传感器的频响范围从原来的3~11Hz增大为3~22 Hz.试验结果表明:当激励振动频率接近系统固有振动频率时,阻尼系统决定了传感器的工作范围。然而,由于悬臂梁的粗端固定在基座上,传感器的频响受限于悬臂梁的固有频率。     

中高频椭圆铰链双光纤光栅加速度传感器

针对现有光学传感器难以满足大型结构中高频振动监测的需求,提出一种基于椭圆铰链的中高频双光纤布拉格光栅加速度传感器.基于传感器理论模型分析传感器的灵敏度和谐振频率,采用MATLAB和ANSYS软件对传感器的结构参数进行优化及仿真,研制双光纤布拉格光栅传感器,并进行传感器灵敏度标定实验.结果表明:传感器的谐振频率约为780...     

基于DSP的光栅传感器信号同步采集与细分处理

高频率小位移振动信号的高精度测量可以使用光栅传感器来实现,但传感器输出莫尔条纹信号的频率也较高,这对信号采集和处理提出更高的要求。介绍了利用DSP和MAX115构成的系统对光栅传感器的两路输出信号进行高速同步采集,以及对光栅信号实现200倍频的软件细分方法。     

基于光纤光栅法珀腔传感器的结构表面温度测量方法

针对结构表面温度测量需求,提出了一种基于光纤光栅法珀腔传感器的表面温度测量方法,通过光纤光栅和光纤法珀传感同时获取被测结构的温度、应变信息,从而补偿应变对温度的交叉敏感。本文分析了光纤光栅法珀腔的表面温度测量原理,通过仿真对传感器的主要参数进行了设计;并提出了一种基于双参数的最小均方差估计算法用于光纤光栅法珀腔传感器的信号解调;最后,对光纤光栅传感器和光纤光栅法珀腔传感器进行了温度测量对比实验。试验结果表明,光纤光栅法珀腔温度传感器在常温到400℃范围内,温度测量值的直线拟合相关系数为0.998 4,最大误差百分比为1.46%,均优于单光纤光栅温度传感器。     

基于机器视觉的大柔性结构振动位移测量

针对空间大柔性结构受到扰动后所产生的低频率、大幅值振动变形难以测量的问题,利用基于机器视觉的结构振动位移测量方法对此类结构的振动位移进行了测量,并识别了结构的动态特性。首先,理论分析了传统的对加速度信号直接积分获得位移的方法存在低频噪声被放大的问题并进行了实验论证;然后,研究了基于机器视觉的结构振动位移测量方法,进行了方法精确度与有效性的实验验证。实验中采用数码相机作为视觉传感器,对采集的结构振动视频进行图像处理,采用数字图像相关方法提取每帧图像特征点的位置信息,应用亚像素定位方法改进测量精度。将视觉位移测量方法获得的结构固有频率与加速度数据求得的结构固有频率进行比较,验证了基于机器视觉的振动位移测量方法在大柔性结构振动位移测量和动态特性识别方面的应用有效性。     

基于光纤光栅加速度传感器的电梯制停距离测量

提出一种基于加速度测量的电梯制停距离测试方法,利用光纤光栅应变测量原理,设计并制作了光纤光栅加速度传感器,性能测试验证了光纤光栅加速度传感器应用于电梯制停距离测量的有效性。     

基于DWDM和LabView的新型光纤光栅传感技术

阐述一种新型光纤光栅振动传感技术,它是利用DWDM的滤波曲线和波分复用技术实现三维振动信号调制,调制信号由示波器高速采集,然后通过GPIB接口连接到计算机(也可以用DAQ-PCMCIA卡替换示波器和GPIB接口),最后用LabView程序对三维振动信号进行解调分析,得出被测物体的三维振动信号频谱。建立了一种用光纤光栅测量长方体花岗岩固有振动频率的模型,并用地震波检测器测量作为参考。发现测量的结果符合较好,并从理论计算中得到了证实。     

动应变与加速度在机械系统动力学描述中的关联与比较

近年来,光纤光栅在结构健康监测以及机械故障诊断中得到了广泛的应用,其中光纤光栅主要是对应变进行测量。由于应变片和光纤光栅受限于采集设备的频率带宽,应变一直被认为是一个半静态量,所以动应变一直没有得到学术界和工业界足够的关注。人们是否能够以及如何利用动应变信号来描述动力学特性一直未能得到足够的探讨。但是据作者了解,应变率以及应变加速度的概念尚未得到阐释和定义以及应用。基于此,提出两个基本假设,第一,动应变可以像位移一样用于机械系统动力学描述;第二,动应变在时间尺度上可微分得到应变率和应变加速度。当我们同时获得了应变,应变率和应变加速度,我们可以将它们作为表征机械系统动力学特性的物理参量在时域中对动力学模型进行直接验证,从而提供了一种新的理论模型与试验数据的对比验证方式。给出应变,应变率,和应变加速度描述的动力学方程模型,同时给出信号在对时间进行微分和积分运算时其幅值和频率之间的理论关系,并在搭建的齿轮箱试验平台和液压管路试验平台上对比常用的数值积分方法和数值微分方法在合成信号时候的保真性能。试验结果表明光纤光栅动应变信号通过数值微分合成应变率和应变加速度时其频率成分和幅值均不会失真,然而...     

基于FBG传感技术的立管涡激振动过程分析

为深入研究光纤光栅传感技术在海洋立管涡激振动测试中的适用性,在风-浪-流联合水槽中进行均匀来流下立管涡激振动试验。数据测试采用光纤光栅传感器,同时采用动态电阻传感器作为对比。通过改变多级外流流速,对比分析基于两种传感技术的立管涡激振动过程差异。同时基于光纤光栅传感技术采集应变数据并结合频谱分析及模态理论,研究立管振动的主导频率、幅值及模态响应等振动特性。研究结果表明,光纤光栅传感技术对海洋立管的涡激振动测试性能优越,能够准确体现立管的应变时程、振幅以及主导频率等振动特性,清晰反映伴随流速进程的立管模态特征及涡激振动过程,同时由模态响应和涡激振动过程分析发现立管锁频区间的产生具有瞬时性及自激性规律,这对海洋立管的模型试验与工程设计具有较大的参考价值。     

基于混合积分算法的微小位移量测量方法研究

针对车载平台微小位移量的测量问题,提出了一种基于振动加速度测量的混合积分算法。根据加速度传感器采集信号造成的干扰,设计混合积分算法以减小现有二次积分算法的积分误差,从而控制趋势项误差。首先利用低频衰减积分算法对振动加速度信号进行一次积分得到振动速度信号,再利用多项式拟合积分算法对振动速度信号进行一次积分得到振动位移信号。设计振动台试验对混合积分算法进行验证,结果表明该算法对积分指标ERP和ERS都有所改善。     

特种微结构光纤振动传感器及其铁路监测应用

提出基于特种微结构光纤的振动加速度传感器,将高性能的光纤振动传感器应用于铁路结构的健康监测,设计并研制了Sagnac型的振动传感器。通过对光纤结构的合理设计和优化,可以获得高双折射率特性,并能针对外界侧向压力的变化产生对应的相位改变量,进而建立起外界振动引起的动态压力与微结构光纤中传导模式之间的线性关系。基于此原理设计的振动传感器具有较高的加速度灵敏度,以及较宽的频率响应,灵敏度高于25pm/g,其实际谐振频率高于2500Hz,并与传感器机械结构封装有关。通过对铁路运营列车的实时监测,所提出的新型微结构光纤振动传感器可以准确获得低频范围内的大幅振动信息,并可较好的反映出高频扰动,有助于实时监测钢轨波纹形变。所提出的新型六孔微结构光纤振动传感器对于铁路、桥梁及机械等结构的振动实时监测提供了新思路和方法,具有很大的应用前景。     

运用光纤光栅传感器的涡激振动测试技术

基于模态分析理论,对柔性立管模型进行了涡激振动试验测试技术研究.对立管表面应变片的布置进行了设计,在模型试验中应用光纤光栅传感器对立管模型的应变时历进行了测量,并据此计算得到了柔性立管模型的位移时间历程和加速度时间历程.试验对立管振动的加速度进行了测量,通过两个加速度时间历程的相互对比分析及与理论计算结果的对比,验证了光纤光栅技术进行柔性立管涡激振动试验的可行性及可靠性.     

基于光纤感测技术的城市轨道交通钢轨状态实时监测方法

为了有效监测城市轨道交通钢轨实时状态,确保列车运行过程中轨道信号采集能力和交通运行安全,提出了基于光纤感测技术的城市轨道交通钢轨状态实时监测方法。通过光纤光栅传感器,对钢轨各个状态信号进行了连续采集,采用光栅解调仪全光谱扫描后,传送至监控模块接收状态信号。利用小波变换,对钢轨高频、低频时间和频率进行了细化处理。通过小波包分解转换后的信号,结合小波包能量谱,分析了该频带上的高频和低频信号。依据频带信号总能量的变化情况监测钢轨,并将监测后的数据存储至数据库,实现了城市轨道交通钢轨状态实时监测。测试结果表明,该方法的光学损耗低于 0.8% ,迟滞误差均低于 0.8% ,能够采集列车运行过程中的轨道的高频段和低频信号,有效分析异常能量变化位置。     

新型FBG振动传感器的研究与实现

针对常用振动传感器灵敏度低、测量范围小以及材料缺陷等缺点,在分析光纤布拉格光栅(FBG)传感原理的基础上,设计了一种基于悬臂梁结构匹配光栅滤波解调的振动传感器.通过附加电磁阻尼,提高了传感器的灵敏度以及信号检测的稳定性,扩大了频率测量范围.利用激振器标准信号进行振动测试实验,并加以傅里叶分析,得到了良好的实验结果.通过实验测试证明:无失真检测频率可达300 Hz,系统频带宽,稳定性好,灵敏度高.     

两点封装的光纤布拉格加速度传感器设计

提出了一种双半孔梁光纤布拉格光栅(FBG)加速度传感器实现加速度信号测量的方法.首先,建立了两点封装FBG的加速度传感模型,理论分析了加速度与位移敏感点的线性响应.其次,从理论上分析了两点封装方案中FBG的自振特性,讨论了封装光纤的长度和预应力对光纤自振频率的影响.最后,依据FBG的自振特性设计了FBG加速度传感器,并通过实验研究了FBG加速度传感器的线性响应和幅频响应特性.实验结果表明:提出的传感器在10～250 Hz具有较好的平坦区,加速度响应灵敏度为41.2pm/G;加速度与波长具有较好的线性关系,线性度为99.8％.同时,该加速度传感器具有较强的方向抗干扰性,轴向交叉灵敏度小于4.8％.