基于FBG的明渠流量计的研究与应用

研制了一种新型的菱形结构光纤Bragg光栅应变传感器.采用有限元方法分析了该结构的力学性能.将该传感器与巴歇尔槽联合使用,用于液体流量的实时在线监测,实验研究了这种封装形式的应变特性.采用光纤布拉格光栅网络分析仪,测量了菱形应变化传感器的波长和应变变化量,测得其应变系数为630.45 mm/nm,且线性度达到0.999 8.     

基于FBG的波长可调谐环形掺铒光纤激光器

在介绍光纤光栅波长调谐原理的基础上,设计了一种环形腔掺铒光纤激光器。利用光纤光栅(FBG)作为波长调谐元件,在20~170 ℃的温度范围内,实现了输出激光波长在1 547.7~1 556.5 nm内的连续可调,调谐线性度达99.96%,激光光谱的3 dB带宽均小于0.05 nm,20 dB带宽均小于0.08 nm,边模抑制比大于52 dB,输出功率可达21.2 mW。结果表明:可调谐掺铒光纤激光器具有可用带宽较宽、功率高、线宽窄、与光纤元件天然兼容等优点。     

基于圆度误差的磁力轴承动态特性研究

主动磁力轴承系统的位移反馈是基于传感器检测的非接触圆表面,将导致表面圆度误差引入到位移反馈信号中.从圆度误差的机理分析出发,推导了误差与干扰电流的数学关系,仿真分析了圆度误差对磁力轴承动态特性的影响.研究结果表明:圆度误差对高频率的转子影响较大,该影响可通过修正控制参数来减小.这一结论对磁力轴承的加工制造和控制有一定的指导意义.     

基于结构动态特性的磁力轴承转子系统的设计

分析了径向磁力轴承动力学特性,计算了磁力轴承的刚度系数和阻尼系数。在此基础上,对磁力轴承的转子结构动态特性进行了有限元分析。提出了基于结构动态特性的磁力轴承转子控制系统的设计方法。     

基于桥梁结构的FBG传感器温度与应变交叉敏感问题的研究

对光纤布拉格光栅(FBG)传感器在桥梁结构健康监测中产生的温度与应变交叉敏感问题进行了研究。采用参考光纤光栅法在应变传感光纤光栅附近额外加入一个温度测量光纤光栅,对应变光栅实现温度补偿功能。设计了基于参考光纤光栅法的FBG传感器及FBG传感器封装的机械结构,并通过实验来验证FBG传感器的性能。实验数据表明,温度传感光纤光栅几乎不受应变的影响,应变传感光栅的中心波长变化与温度变化呈一阶线性关系,修正后的测量结果更加精确,达到了双参数同时测量的目的,应变与布拉格波长的线性关系非常好,相关系数达到0.99以上。参考光纤光栅法能够很好地解决FBG传感器温度与应变交叉敏感的问题。     

永磁电磁轴承磁力的两种线性化方法

针对控制系统模型的实际应用需要,对永磁电磁轴承的磁力提出了两种线性化方法。运用设计实例对这两种方法进行了验证,获得了较好的近似结果。最后分析了各自的特点,所研究的问题对永磁电磁轴承的设计有一定的指导意义。     

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.     

基于ANSYS的径向磁力轴承电磁场分析

介绍了应用ANSYS有限元分析程序,对径向磁力轴承电磁场进行仿真与计算的过程,得出了径向磁力轴承磁力线、磁感应强度、电磁力等在整个计算场域中的分布,并据此分析得到径向磁力轴承电磁场的几个特点,为径向磁力轴承的结构优化和控制系统的设计提供了依据。     

基于FFT的动态散射光谱密度测量技术研究

为了研究动态光散射纳米颗粒测量技术,提出了基于FFT的动态散射光AR模型功率谱密度测量法。首先采用FFT建立信号的AR功率谱密度模型,然后通过计算信号自相关矩阵的秩得到AR模型的阶数P,由于任何信号的自相关与其频域的功率谱密度是一个傅里叶变换对,因此,信号功率谱密度的衰减宽度等价于其自相关函数的衰减宽度,这样通过计算动态光散射信号的功率谱密度衰减宽度,进而得到待测颗粒的粒径,最后将此方法的实验结果与传统的光子相关光谱法实验所测得的数据进行了比较。结果表明：该技术具有误差小、重复性好的优势,有着很大的实用价值。     

基于传输矩阵法的光纤光栅传感器的应变测量能力研究

光纤光栅在不均匀应变场中会由于其反射谱的展宽而带来测量误差。在光纤光栅参数取典型值时,使用传输矩阵法计算了峰值为3000με的正弦应变波下波长为0.024-0.1111的测量误差。计算结果表明：当正弦波波长大于0.0378m,由谱峰展宽带来的相对测量误差可低于1％。计算了固定应变波长为0.024m时正弦应变波峰值在0-5000με变化的测量误差。当正弦应变峰值低于2340με时,由谱峰展宽带来的相对测量误差可低于1％。并由此算得了混凝土等几种典型材料在误差小于1％时的可测最高频率,混凝土为74.1-108.5kHz;水泥砂浆为79.4-92.6kHz;钢为119.0-132.3kHz;有机玻璃为39.7-50.3kHz;环氧树脂为18.5-38.4kHz;橡胶为793.7Hz;铝合金为134.9kHz.     

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。     

光纤Bragg光栅测力环在系杆拱桥中的应用

针对系杆拱桥索力长期监测的特点，研制了光纤Bragg光栅锚索测力环。光纤光栅测力环具有测试精度高、测试简单方便、长期可靠性好和抗干扰能力强等突出优点。介绍了光纤光栅测力传感器的结构特点和研究过程，及其在系杆拱桥换索施工中的成功应用。应用结果表明，光纤光栅测力传感器可有效监测钢管混凝土系杆的受力状况。     

LPFG和FBG级联结构双参数光纤传感器研究

提出了一种长周期光纤光栅(LPFG)级联布拉格光纤光栅(FBG)的温度/应变双参数光纤传感器。利用飞秒激光直写制作LPFG并级连FBG,且FBG波谷位置为1 551.9 nm,LPFG波谷位置为1 559.1 nm,最高对比度为-12.7 d B。在30~70℃温度变化范围内对传感器温度特性进行测试,并在25℃超净环境下对0~500με应变变化范围内对传感器应变特性进行测试。实验结果表明,升温过程FBG中心波长发生红移,灵敏度15.00 pm/℃,线性度0.981 3;LPFG中心波长发生蓝移,灵敏度-11.75 pm/℃,线性度0.945 3。降温过程FBG中心波长发生蓝移,灵敏度18.25 pm/℃,线性度0.953 8;LPFG中心波长发生红移,灵敏度-15.42 pm/℃,线性度0.980 2。加载过程FBG中心波长发生红移,灵敏度0.93 pm/με,线性度0.991 5;LPFG中心波长发生蓝移,灵敏度-1.51 pm/με,线性度0.986 3。卸载过程FBG中心波长发生蓝移,灵敏度0.92 pm/με,线性度0.990 9;LPFG中心波长发生红移,灵敏度-1.51 pm/με,线性度0.972 8。结果表明,该光纤传感器灵敏度高,线性度好,可以同时动态实现应变和温度的测量。     

电磁推力轴承磁场的有限元计算及漏磁分析

电磁推力轴承中转轴内存在的漏磁现象对轴承的工作性能有较大的影响。用有限元方法对上述现象进行了计算分析,发现漏磁引起轴承的轴向推力加大。随着定子铁心和转轴之间的气隙加大,漏磁减少,轴向电磁力反而逐渐变小。有关的机理分析表明这种现象的存在是合理的。在此基础上,提出有关的设计建议。     

直流磁场下销盘摩擦副接触面的磁感应强度和磁吸力分析

为了研究磁场对材料摩擦磨损性能的影响,通过试验检测了销盘接触时的磁吸力,利用电磁场有限元软件分析计算了销盘摩擦副在接触区域的磁感应强度大小和分布及磁吸力的大小。试验和仿真结果表明:磁感应强度和磁吸力都随线圈电流的增大和气隙的缩小而增大,并且与材料的磁化特性有关;销盘上的磁场分布不均匀,当盘旋转进行摩擦磨损试验时,盘上各点将产生动态磁化现象;由于销和盘之间的微凸峰接触存在漏磁,故在磁场仿真时可用一个极小的间隙来表示其实际磁接触状态;在销和盘接触时,可用试验得到的最大磁吸力值根据麦克斯韦公式计算出接触面的平均磁感应强度。     

基于裂缝损伤识别的FBG应变传感器分布规则研究

文中介绍了光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)分布传感的一般理论和其在损伤识别方面的研究概况,同时利用有限元分析软件对简谐载荷作用下的简支板一维方向上的应变分布进行了谐响应理论分析,并根据分析结果确定了FBG应变传感器的分布间距。     

磁悬浮振源测试技术

构建了磁悬浮球系统模型,通过实测磁悬浮球受力参数推导了磁悬浮球动力学方程,该方程与质量-弹簧系统的动力学方程都可实现振动测量.利用磁悬浮振动测试系统测得受振体的振动并利用最小二乘拟合法得到最大振动强度的方向,由此得到振源的方向.通过两组磁悬浮振动测试系统得到振源的位置,推导了平面振源的二维坐标表达式.试验表明,磁悬浮振源测试系统的二维振源测试结果与实际振源位置相吻合.最后,推导了立体空间振源的三维坐标表达式.     

基于CLPG的FBG监测系统及其应用

为了实现可变体机翼的结构健康监测,提出了一种基于级联长周期光栅(cascaded long-period fiber grating,CLPG)的光纤Bragg光栅(fiber Bragg grating,FBG)监测系统.该监测系统以FBG为传感元件,以CLPG为边沿滤波器件,经CLPG调制后FBG反射光功率会发生变化,通过对FBG谐振波长处光功率的探测,从而实现FBG传感信号的监测.监测系统具有结构简单、成本低、解调速度快等优点.利用该监测系统对某型可变体机翼进行结构健康监测,结果表明该监测系统的应变分辨率为2με,实验结果与有限元分析结果相符,最小误差仅为3.27％,表明该监测系统能够用于可变体机翼的结构健康监测.     

钢管表面缺陷漏磁场与漏磁信号分析

分析了钢管表面缺陷漏磁场的分布；定性分析了孔洞和矩形槽缺陷的频域特性，并讨论了缺陷深度、励磁电流、周向检测探头旋转速度对矩形槽缺陷漏磁感应电压信号峰值和峰峰值的影响，得出评价缺陷深度要考虑的因素。实验结果和分析结论可为缺陷定量识别和现场实际应用提供依据。     

磁悬浮飞轮用永磁偏置磁轴承漏磁分析

磁悬浮飞轮用永磁偏置磁轴承的定转子气隙间存在漏磁现象,为了准确计算漏磁的大小,从而精确地对磁轴承进行磁路设计,利用有限元法对该现象进行了分析.通过ANSYS软件针对一台磁悬浮飞轮样机用径向磁轴承的磁场分布进行分析,提出了一种等效气隙漏磁系数的计算方法,得到样机用磁轴承的漏磁系数.样机试验结果表明,用这一方法计算得到的漏磁系数进行磁轴承参数设计及性能分析具有足够的精度,能够满足实际工程需要.