基于参考光栅的光纤光栅应变传感器温度补偿

为解决光纤布拉格光栅（FBG）应变测量时的应变、温度交叉敏感问题，利用FBG便于构成传感网络的优点，将温度补偿参考FBG与应变测量FBG串联在一路光纤上，根据2只FBG布拉格波长相对漂移获得被测结构应变。双FBG波长相对漂移对温度的灵敏度仅为0．12pm／℃，较好地实现FBG应变测量的温度补偿。参考FBG法原理简单，可操作性强，为FBG应变传感器的实际工程应用奠定了基础。     

光纤光栅应变传感测量中的温度补偿问题

从光纤Bragg光栅应变、温度交叉敏感的物理机制出发,在温度过程补偿和结果补偿的概念基础上分类综述了国内外关于交叉敏感问题的解决方案,介绍了各类方案的工作原理,同时提出了一种双金属补偿结构。     

一种温度自补偿的高灵敏度光纤光栅应变传感器

针对光纤光栅(FBG)应变传感器对应变和温度同时 敏感的问题,基于FBG传感原理以及环形结构受力变形特点,提出了 一种圆环式的FBG应变传感器,并进行了理论分析和传感器性能实验。传感器的 敏感结构是圆环,通过将 光栅粘贴在圆环竖向和横向直径方向,实现对被监测对象表面的应变监测。实验结果表明, 传感器的应变灵敏度为 3.76pm/με,线性相关度可达0.999 9,且 温度影响几乎被消除,可适用于受温度影响和精度要求较高的场所,尤其是 冶金铸造起重机的 监测。     

光纤光栅传感器温度与轴向应变灵敏度的研究

文章对Bragg光纤光栅(FBG)与长周期光纤光栅(LPFG)的温度、应变传感灵敏度进行了详细的理论推导和分析，得出了一些重要推论，对光纤光栅在传感器领域中的应用具有一定的引导作用．     

光纤布拉格光栅温度和应变交叉灵敏度的实验研究

测量了光纤布拉格光栅(FBG)在-150～550℃范围内中心反射波长对应变的依赖关系,得到了光栅的温度和应变交叉灵敏度系数。结果表明,不论是在低温环境还是高温环境,当光纤所受张力小于6000με时,波长变化与应变大小呈线性关系;光栅的应变灵敏度系数和交叉灵敏度系数是温度的函数,温度越低,应变灵敏度系数越大,交叉影响越显著。     

基于光纤光栅的温度不敏感光学麦克风

研制了一种基于光纤光栅的温度不敏感型光学麦克风。该麦克风由振膜传感声波信号,由一对匹配光栅来实现波长调制解调的功能,同时匹配光栅还可作为温度补偿的装置。从理论上解释了匹配光栅温度补偿的原理。实验证明,这种光学麦克风不仅能够获得稳定的传声效果,而且表现出较宽的频率响应范围(400~2 100Hz)和平坦程度,并且静态输出光功率随外界温度变化仅为0.0233 dBm/℃,表现出对温度的不敏感性。     

光纤布拉格光栅的无源温度补偿

分析了通过施加应变补偿光纤布拉格光栅(FBG)中心波长随温度漂移的原理，给出了一种新型的无源温度补偿的方法和相应的实验结果。该方法采用了两种不同热膨胀系数的金属，对光栅先施加预应变。在0-60℃范围内，中心波长仅偏移了0．02nm。     

光纤光栅埋入后温度、应变解耦分析

光纤光栅传感器在现实应用中的一个主要问题是温度和应变的交叉敏感问题.介绍了光纤双光栅同步测量温度和应变的原理,设计了一个光纤双光栅温度、应变测量系统,对光纤双光栅的温度和应变传感性能进行了实验研究,结果表明光纤双光栅具有多参量同时测量的能力.     

七芯光纤布拉格光栅温度传感特性研究

基于相位掩模技术在七芯光纤(SCF)中刻写了光纤光栅(FBGs),通过实验对七芯光纤光栅在常温和低温下的温度传感特性进行了研究。结果表明,在30℃~80℃的常温温度范围内,传感器的温度灵敏度为9.98pm/℃,线性度为0.99944。在-60℃~20℃的低温温度范围内,传感器的温度灵敏度为8.77pm/℃,线性度为0.99751。可以看出,七芯光纤光栅对于常温和低温都有比较稳定的响应特性,但是温度降低时,灵敏度降低,线性度变差。研究结果对基于光纤光栅的温度传感研究具有参考价值。     

基于光纤光栅应变花的平面应变状态实验分析

提出并实现了直角与三角形两种光纤光栅(FBG)应变花方案,分别由在1根光纤上实现准分布的3个FBG制成。将之粘贴存等强度梁上,判断主应变方向及大小,研究其平面应变测量性能。试验结果显示,测量主应变方向同实际方向符合,两种应变花测量结果一致。     

基于单一倾斜光纤光栅的温度应变同时测量

利用光纤光栅分析软件OptiGrating对倾斜光纤光 栅温度与应变传感进行系统的理论仿真,研究发 现,温度、应变的变化都可以引起倾斜光纤光栅的纤芯模和包层模谐振峰的漂移,而且温度 和应变对纤芯 模与包层模的影响是各不相同的。利用倾斜光纤光栅这一特性,提出了一种基于单一倾斜光 纤光栅的温度 与应变同时测量的传感系统,并通过实验进行了验证。在实验中,光电探测器可以将倾斜光纤 光栅的波长的 漂移转换成电压的变化,由此得到了倾斜光纤光栅只受温度变化时,随着温度的变化,示波 器测到其纤芯 模与包层模的电压(峰—峰值)的变化呈线性变化,其斜率分别为0.063mV/℃和0.001mV/ ℃;其只受 应变变化时,随着应变的变化,示波器测到其纤芯模与包层模的电压(峰—峰值)的变化也 呈线性变化, 其斜率分别为0.009mV/με, 0.001mV/με。研究结果将对倾斜光纤光栅的传感应用具 有一定的指导意义。     

一种双包层半径光纤布拉格光栅传感器

光纤布拉格光栅已经成为非常有前景的温度、应力及其它参数测量的传感元件,但其存在温度和应力的交叉敏感问题.提出了一种双包层半径光纤布拉格光栅传感器,将一个布拉格光纤光栅分成两半,各自具有不同的包层半径,其中一半保持不变,另一半包层半径从62.5m减小到40m.实验结果表明,两半光纤布拉格光栅的温度灵敏度均为10.4 pm/℃,而应力灵敏度分别为1.12 pm/ue 和3.89 pm/ue.初始的单个布拉格反射峰分裂成两个,分别对温度和应力敏感,而两个反射峰之间的波长差只受应力的影响,随着应力的增加其波长差逐渐增加.因此,通过这一个光纤布拉格光栅即可分辨出温度和应力所引起的布拉格波长漂移.该光纤光栅传感器结构简单、体积小巧、成本低廉、制作方便,可以广泛应用在各个领域实现温度和应力的同时测量.     

高灵敏度稳定光纤光栅温度传感器的研究

为了提高光纤Bragg光栅(FBG)的温度灵敏度,设计了一种双金属FBG温度增敏装置。增敏装置利用不同金属热胀系数的差异和巧妙的增敏结构,大幅度提高了FBG的温度灵敏度。从理论分析了增敏结构的增敏原理,并给出了波长温度响应关系式。使用此增敏装置制作了一种高灵敏度的FBG温度传感器。为了保证FBG长期固定的稳定性,在制作传感器时使用了低熔点玻璃焊接工艺。实验中,测得增敏FBG温度传感器的温度灵敏度系数达到345.9 pm/℃,是裸FBG的35倍,线性度为0.999 89。对增敏前和增敏后的FBG反射谱进行了对比,结果表明,增敏装置对FBG反射光的功率和反射谱的形状影响很小。对增敏FBG温度传感器的稳定性进行了测试,并用裸FBG作为参考,测试结果显示,增敏装置对FBG的稳定性没有造成影响。     

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。     

基于逐点法刻写的偏芯光纤布拉格光栅应变和温度传感研究

为解决当前光纤光栅制备灵活性较低,以及测量中不利于实现分布式波分复用的问题,提出了一种于基于逐点法刻写的偏芯光纤布拉格光栅传感器(eccentric fiber Bragg grating,EFBG)。采用飞秒激光(femtosecond laser,FSL)逐点刻写技术,光栅刻写位置垂直偏离光纤中心3μm,光栅长度为5 mm,光栅中心波长为1633 nm。不同于传统光纤光栅,偏芯结构的光栅可以激发出较宽的包层模共振范围,通过分析包层模共振峰的波长漂移量,表征施加的应变大小或温度高低。实验结果表明,应变测量范围在0—500με时,包层模灵敏度为0.98 pm/με,温度测量范围在30—80℃时,包层模灵敏度为10.89 pm/℃,并且包层模灵敏度相比芯模灵敏度数值相差较小,从而可以实现应变或温度的传感测量。     

光纤Bragg光栅应变传感研究

基于光纤Bragg光栅应变传感模型 ,利用泰勒级数展开法 ,将光纤Bragg光栅反射峰中心波长所满足的Bragg方程展开 ,得到了中心波长相对偏移量与应变增量之间的二次解析关系式 ,进而得到了光纤Bragg光栅一阶、二阶应变灵敏度系数的解析表达式 ,计算了一阶、二阶应变灵敏度系数的理论值 ;并将光纤Bragg光栅粘贴在悬臂梁上进行拉伸和压缩 ,得到了与应变对应的光纤Bragg光栅中心波长偏移量 ,通过线性和二次多项式拟合 ,得到了光纤Bragg光栅一阶、二阶应变灵敏度系数的实验值 ;各阶应变灵敏度系数的理论值与实验值吻合得到很好     

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/℃。     

一种新型具有温度补偿功能的光纤光栅交流电流互感器

为了消除温度对实现电流测量的影响,提出了一种具有温度补偿 功能的光纤Bragg光栅(FBG)交流电流互感器。利用两个FBG和超磁致伸缩材料(GMM)组成的 传感单元分别放置在两个相邻对称的铁磁回中,并加上两个方向相反的直流偏置磁场,利用 匹配检测方法对两只FBG进行解调,实现交流的测量。测量结果表明,在温度的影响下,系 统的静态工作点几乎未发生变化,在线性区测得最大电流为93.78A , 可获得1.68%的满量程精度。这种FBG电流传感器不仅可以测量交流电 流,也可以实现直流电流的测量。     

一种新颖的高灵敏度光纤光栅压力传感器

提出一种双波纹管结构封装的高灵敏度光纤布拉格光栅(FBG)压力传感器,从理论分析了该器件的传感机理。研究结果表明,该FBG压力传感器可实现0～1.2 KPa压力测量,灵敏度达到688.2 pm/kPa,线性拟合度达到0.9973,适用于液位小范围变化的高精度检测。     

高灵敏度光纤光栅静水压力传感研究

分析了光纤布拉格光栅的压力敏感及增敏原理,设计了一种适于高分辨率静水压力测量的封装结构,实验结果表明,该光纤光栅压力传感器压力响应灵敏度为9.03×10-3 MPa-1,比未封装的裸光纤光栅增敏2946倍,在长沙白鹭湖进行的基于静水压力的水深测量表明,该传感器的深度分辨能力优于5 cm,并有较好的线性和重复性,满足基于静水压力的拖曳缆深度测量应用需求.