温度解耦大量程光纤光栅应变传感器

飞机载荷参数测试中,部分结构会产生较大的应变集中点,为解决飞机结构大量程应变监测问题,提出了一种温度增敏、应变减敏的光纤光栅大量程应变传感器。分析了光纤光栅传感理论,设计了一种新型传感器基底结构,并对其进行有限元分析。对封装完成的传感器进行了温度标定、温度重复性及应变标定试验。试验结果表明:在10～60℃的环境下,封装完成的光纤光栅应变传感器温度灵敏度达到44.959 pm/℃,较裸光纤增敏4.5倍,线性度达到0.999;同一温度下中心波长变化量在±4 pm;在0～2000με的条件下,应变灵敏度为0.79 pm/με,较裸光纤减敏1.52倍,线性度达到0.999,多次应变循环重复性为±5 pm。封装完成的传感器具有较好的灵敏度和一致性,能满足飞机结构大量程应变的精确测量,在飞机应变集中结构的监测中具有发展前景。     

基于光纤布拉格光栅的流量测量方法

为了实现液压管路流量测量的需求,提出了一种使用固支梁作为流量转换单元的光纤光栅流量测量方法。为了克服单个光纤布拉格光栅传感器对温度交叉敏感的问题,设计出了一种基于双光纤布拉格光栅的流量测量结构。固支梁由芯杆和套管套合而成,两根光纤布拉格光栅穿过芯杆的凹槽,两端采用耐高温胶固定封装。用有限元软件对管路及传感结构周围的流体进行了模拟分析,同时进行了砝码加载实验、温度实验和液压管路实验。封装后的传感器的载荷响应灵敏度为0.990 7nm/kg和0.881 5nm/kg,两根光纤布拉格光栅对温度的灵敏度几乎一样:0.028 7nm/℃和0.025 9nm/℃,所以可以消除温度对流量测量的影响,由于实验系统的影响,该流量传感器的测量范围为0.001 7～0.6L/s。结果表明,该结构能够有效地消除温度和应变交叉敏感,特殊的封装结构避免了光纤布拉格光栅受流体的腐蚀,对载荷具有较好的线性度和灵敏度。     

基于C形弹性管的光纤光栅压力位移传感测量

设计了一种基于C形弹性管的光纤布喇格光栅传感结构．用管内过剩压力使弹性管的自由端产生位移和管表面产生的应力对光纤布喇格光栅反射波长进行调谐．得到了光纤布喇格光栅反射波长变化对应于压力和自由端位移的线性关系．在0～6MPa的压力范围内,光纤布喇格光栅反射波长随压力和位移均呈线性变化且压力和位移的传感灵敏度分别达到0.0305nm/MPa和0.0359nm/mm,线性调谐范围分别为0.183nm和0.215nm,波长分辨率分别为3.05pm和0.718pm．     

长周期光纤光栅高温传感特性

为使温度传感应用范围更广、价值更大,分析了影响长周期光纤光栅温度特性的各种因素,用三束高频聚焦CO₂激光脉冲对称写入法制备长周期光纤光栅,并对温度特性进行了实验研究.结果表明,在23～700℃变化范围内,谐振波长温度灵敏度随温度升高而增强,高温处温度灵敏度比低温处增强了约72%,而平均温度灵敏度约为0.11nm/℃;峰值损耗对温度变化不敏感,在23～450℃范围内起伏不超过15dB,具有良好的高温稳定性和可重复性.基于这一良好的温度特性,此种长周期光纤光栅可以制成温度传感器,在高温传感领域有着较大的应用价值.     

温度自补偿的偏心推杆式光纤光栅井下压力计

针对多数光纤光栅压力计不能兼顾大量程和高灵敏度,且温度无法实现自动补偿的问题,本文提出了一种偏心推杆结构,并采用将两支光纤光栅对称粘贴在应变杆上下表面的方法,设计并制作了光纤光栅井下压力计。对压力计传感头部分进行了理论分析和仿真,并对压力计进行了压力标定和温度实验。实验结果表明:此压力计具有良好的线性度和重复性,几乎没有弹性滞后,在0~30 MPa的大量程范围内灵敏度达到了230.8 pm/MPa,并且在20~80℃温度区间内,两光纤光栅中心波长差几乎不变,可见此压力计能够实现温度自动补偿。     

具有增敏效果的光纤光栅应变传感器的预紧封装及传感特性

为了提高光纤光栅测量应变的精度,在对光纤光栅传感器基底形状进行有限元分析的基础上,设计出了一种具有增敏效果的预紧封装光纤光栅应变传感器,并采用等强度梁对具有增敏效果的基片式光纤光栅传感器进行了测试和标定,得到传感器灵敏度为0.857pm/με,是普通基片式光纤光栅传感器灵敏度的1.18倍。在MTS试验机上进行寿命试验,经10000次重复拉伸疲劳试验后,光纤光栅传感器的光谱并未出现双峰等现象,也没有发生蠕变,抗疲劳性能良好。     

电磁力式光纤光栅直流大电流传感技术研究

直流大电流的计量在电镀、电冶、电池、电气机车等领域占有重要地位。介绍了电磁力式光纤光栅电流传感的原理,设计了基于光纤光栅的大电流传感器结构,借助光纤光栅直流大电流传感实验平台,在直流电流(0～500～0A,步进50A)激励下,光纤光栅传感器的中心波长偏移855.2pm,电流敏感度为34.1pm/(100A)2,试验结果表明该方法可以进行直流大电流的测量。     

测量海水温度分布的光纤光栅传感系统研究

介绍了基于光纤光栅的传感原理,完成了对光纤光栅温度传感器的实验室标定,得到了每个传感器专门的参数.通过对传感器进行铠装封装,排除了海水压力等因素的影响;设计了200m的光纤光栅传感器阵列,并将其应用到海洋环境探测中.试验对中国南海海域200m深的海水剖面温度进行了测试.提出了对测量数据应用Levenberg-Marqu...     

基于悬臂梁的光纤光栅匹配解调系统

为了开发一种高精度低成本的光纤光栅解调系统,提出了一种基于悬臂梁的光纤光栅匹配解调方案,即利用ADC0804对PD信号进行采集,将采集的数据交给PC机进行处理,根据处理结果对步进电机进行控制;利用步进电机的角位移与控制脉冲的精确同步,通过机械装置带动悬臂梁自由端移动,实现对匹配光栅的拉伸控制,使其与传感光栅的中心波长一致,从而达到对传感光栅解调的目的.实验结果表明,系统的匹配灵敏度可达到1.3×10^-3nm/step,完全满足一般光纤光栅的解调要求.     

光纤布喇格光栅高温敏封装技术的研究

将光纤布喇格光栅封装于一种有机聚合物基底中 ,对其温度特性进行了研究 ,测量了 2 0～ 10 0℃不同温度下光纤光栅的反射谱。由于基底材料的带动作用 ,封装后的光纤光栅温度灵敏度为 76 .37× 10 - 6 /℃ ,是相应裸光纤布喇格光栅的 11.3倍