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。     

光纤布拉格光栅传感器的温度补偿研究

应力和温度变化引起光纤布拉格光栅(FBG)传感器中心波长漂移的交叉敏感效应制约了光纤布拉格光栅传感器的实用化。在简介光纤布拉格光栅传感器工作原理的基础上,综述了近年来国内外在该领域实现温度补偿的相关技术和消除或减弱传感器温度敏感的方法,阐述了光纤布拉格光栅传感器温度补偿的原理,并分析了每种方法的特点,探讨了光纤布拉格光栅传感器应用中存在的问题。     

Temperature Compensation for Double Fiber Bragg Grating Sensors

A novel double fiber Bragg grating(FBG) strain sensor configuration is presented. Temperature compensation method is based on double FBG moored on a rhombus frame. Through the theoretical analysis,the relation between relative shift of Bragg wavelength and the strain applied on the sensor is obtained,and the analytical expression of strain sensitivity coefficient is also given. The experiment results show that:in the strain range of 0～0.8 mm,the relation between the relative shift of Bragg wavelength and applied strain is linear,and the dispersion of double FBG wavelength at the range of -25 ℃～60 ℃ is 0～0.002 nm. The strain sensitivity of the displacement sensor configuration is 0.171 nm/με,and is nearly twice than that of single FC sensor.     

光纤光栅温度补偿桥式结构

通过对光纤光栅布喇格波长随温度及应力变化的分析,设计制作了金属桥式结构来补偿光栅的温度漂移。通过对3cm和10cm光栅的实验,补偿效果明显,10～70℃范围内,布喇格波长漂移小于0.03nm。     

双光纤Bragg 光栅用于FBG型传感器的温度补偿

理论分析了FBG型传感器的温度应变交叉敏感机制，利用温度和应变响应相同的光栅对实现了光纤Bragg光栅应力／应变传感器的温度补偿，有效的消除了交叉敏感对FBG型传感器测量精度的影响，有利于光纤Braagg光栅传感器的实用化。     

新型耐高温FBG传感系统研究

为解决传统的高温传感器不能满足对电解Al槽温等高温环境的实时在线测量问题,提出了基于波长调制的光纤Bragg光栅（FBG）高温传感系统,设计了一种新型封装结构的耐高温FBG传感头,具有体积小、灵敏度高和线性度好等特点;采用了基于InGaAs图像传感器衍射解调技术对光反射波长进行解调,缩短了系统的响应时间,提高了测量精度...     

用低温圆片键合实现传感器和微电子机械系统器件的集成和封装

集成化是传感器和微电子机械系统(MEMS)的发展方向,即将传感功能、逻辑电路和驱动功能集成在一块单芯片上。未来的系统芯片将能通过集成的传感器和逻辑电路收集并分析外界数据,将这些数据传输到中央处理器并产生必要的动作或反应。讨论了这种系统集成芯片对于封装和集成的要求,并提出一种能够满足这种要求的低温键合技术。同时这种低温键合技术还具有气密性封装、保留透明窗口等优点。     

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℃。     

FBG位移和温度双参量传感实验研究

采用一种新颖的等强度梁FBG传感结构，将光纤光栅沿梁的轴向粘贴在传感梁上，并确保光栅的一半粘贴在梁上，另一半则沿梁的轴向呈自由状态。通过两部分光栅对梁自由端位移和环境温度的不同响应，实现温度和位移的同时测量，测量误差不大于4％。通过多次实验验证，所得实验结果与理论分析相符合。     

涂覆层参数对FBG温度灵敏度的影响

分析了涂覆层的物理参数对光纤光栅（FBG）温度灵敏度的影响,数值分析结果表明,大涂覆厚度、高弹性模量、高泊松比、高线膨胀系数有助于提高FBG的温度灵敏度。FBG温度灵敏度的饱和值主要取决于涂覆层的弹性模量和泊松比,因此不能单纯依靠选取大弹性模量或泊松比的涂覆来提高温度灵敏度,还须综合考虑弹性模量和泊松比对温度灵敏度的影响,以确定两参数的最佳值。     

新型应力不敏感FBG温度传感封装结构

光纤Bragg光栅（FBG）可以同时传感多个参量,但当仅需测量一个参量时,测量结果可能会受到一个或多个其他参量的影响,其中以温度和应力交叉敏感最为突出。为此,对比了其他几种应力不敏感型FBG温度传感器的优缺点,设计了一种新型的应力不敏感FBG温度传感封装结构,并通过实验验证了其温度传感性能及应力不敏感性。     

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。     

光纤光栅传感器的应用概况

就国外光纤光栅传感器在民用工程结构、航空航天业、船舶航运业、石油化工业、电力工业、核工业、医学等方面的应用作了简单的综述。     

磁流体包覆薄包层光纤光栅磁场传感研究

利用磁流体替代光纤布喇格光栅(FBG)的部分二氧化硅包层,制作了一种磁流体封装薄包层FBG结构的磁场传感器,研究了传感器对磁场和温度的响应特性。结果表明,在5.0～20.0mT的磁场范围内,传感器的波长灵敏度和功率灵敏度分别为34.9pm/mT和-1.063dBm/mT,波长线性响应度达到了99.2%。封装工艺未改变FBG波长随温度线性变化的特性,但受磁流体磁光效应影响,其温度灵敏度减小到9.2pm/℃。该传感器可实现磁场测量中的温度补偿,方法简单、易于实现。     

一种FBG载荷定位的温度补偿方法

在基于神经网络的光纤布喇格光栅(FBG)载荷定位系统中,由于测试区域内各个光栅所处的温度大致相同,如果将载荷定位系统中FBG的波长变化量两两组合,然后按一定的比例相减,将它们的差值作为神经网络的训练样本,则可抵消温度所引起的波长漂移,提高了在温度变化时FBG载荷定位系统的准确度。实验证实该方法可获得较准确的判定结果。     

光纤光栅传感器阵列化与温度补偿研究

利用啁啾光纤Bragg光栅（FBG）反射和长周期FBG边沿滤波，提出并实现了一种综合的FBG传感快速解调方案。封装1对FBG进行应变差动传感、同时消除温度影响，不增加波长资源占用并使应变灵敏度得到有效提高，温度影响在很大范围内几乎为0。在全光纤化解调温度补偿型传感的基础上，研究了两路时分复用的设计方法，给出了时分链路间延迟光纤与光脉冲和解调端时分选通门的关系，实验结果与理论分析吻合。     

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。     

FBG应变传感器温度交叉敏感补偿技术研究

光纤光栅传感器目前在工业上对高温压力管道表面的应变监控有着广泛的应用。但由于存在应变和温度的交叉影响,使传感器的测量精确度受到了一定的限制,不能满足工业实际需要。通过分析FBG应变传感器的基本工作原理,针对FBG的应变、温度交叉敏感问题,提出并采用了二元回归分析算法来实现FBG应变传感器的温度补偿模型。由计算机程序运行结果和实验结果表明,利用二元回归分析法对FBG应变传感器进行数据融合处理后,温度灵敏系数由2.74×10-2/℃降低为9.16×10-5/℃,温度的交叉敏感性得到明显改善,可满足高温压力管道应变测量的实际测量要求。     

光纤布喇格光栅的低温传感特性研究

为了解决光纤光栅在低温环境中的应用问题,该文从光纤布喇格光栅(FBG)的传感理论出发,通过深入分析了FBG在-60~25 ℃时热光系数和热膨胀系数的变化。采用2根未封装的FBG进行实验验证,得到了FBG在低温环境下的响应情况。研究结果表明,FBG在低温环境下具有良好的响应和重复性,这对FBG在低温环境中的应用具有重要指导意义。     

FBG传感器在巷道掘进中的应用研究

采用光纤Bragg光栅（FBG）传感器监测了巷道模型的掘进过程。利用FLA^3D软件对巷道模型进行了掘进过程的应力分析,根据应力分布情况在巷道模型中布设了15个三维应变FBG传感器和3个温度FBG传感器,通过四通道SM125解调仪对传感信号进行系统解调以及数据存储。该传感系统测量精度高,检测的应力变化与FLAC^3D软件模拟结果吻合性好,表明FBG传感器在土木工程的监测中有较好的应用前景。