基于光纤光栅的加速度传感系统研究

提出了一种基于匹配光栅解调技术的加速度检测系统,有效地消除了光源功率变化对信号的影响.在传感器的设计上将传感光栅和参考光栅置于同一环境下,消除了温度对系统的影响,通过试验得到了传感器的频率特性和加速度响应,在实际工程应用中检测到了井下微震信号.     

粘贴式光纤光栅应变传感器动态特性实验研究

从应变传感模型的角度分析了光纤光栅应变传感器的轴向应变检测特性的理论基础，研究了粘贴式光纤布拉格光栅应变传感器和压电陶瓷加速度传感器对柔性梁的动态响应特性。结果表明，粘贴式光纤布拉格光栅传感器具有和压电陶瓷加速度传感器一致的动态响应特性，是一种新的高灵敏度在线监测技术。     

新型光纤光栅加速度传感器动态特性的研究

以大型桥梁和建筑结构的健康监测为背景,设计了一种新型的低频高灵敏度光纤光栅加速度传感器,并利用有限元法对该传感器进行了优化设计和动态特性分析,结果表明:该新型光纤光栅加速度传感器具有灵敏度高、横向灵敏度小、测量精度高和动态特性较佳等特点.     

长光栅传感器动态误差检测系统设计

长光栅传感器的静态精度的检测方法较为成熟,而其动态精度的检测尚没有一个有效的解决办法. 针对此问题,研制了一种以高精度光栅尺为基准的长光栅动态误差检测系统. 仪器主要由机械系统、测控系统、软件系统组成,通过在有效行程上与高精度光栅对比获得被测光栅的误差曲线. 仪器采用直线电机驱动,保证了检测速度的要求,同时提高了长光栅传感器的检测效率. 设计基于FPGA的双路光栅信号高速采集卡对光栅信号检测,解决了测量中同步触发问题及高速触发采样数据的处理问题. 结果表明:本系统能够实现对光栅的动态精度的检测,检测效率高,适用于生产现场的大批量快速测量.     

气体摆式加速度计与射流角速度陀螺

报导了利用自然对流气体的"摆"特性敏感水平姿态和加速度的传感器原理结构和性能,利用强迫对流气体敏感角速度的陀螺结构原理和性能,以及利用陀螺消除动基座加速度对水平姿态信号干扰的气体摆式组合惯性传感器的原理、信号处理和性能.论述了自然对流气体的浮升力与摆特性,给出气体摆与固体摆的参数对比,气体射流陀螺与传统陀螺工作原理类比.论证了气体摆式组合惯性传感器的工作原理和信号处理技术,实验表明这种传感器具有抗干扰加速度的能力.     

印刷电路板振动模态的精确测试方法

印刷电路板的动力学特性直接影响机载电子设备在振动和冲击环境下的工作可靠性,有必要在设计阶段对其进行动力学分析。印刷电路板为薄壁结构,质量一般较小,在使用传统的加速度传感器测量时,传感器的附加质量会对模态测试结果造成影响。通过加速度传感器与激光测振仪测试数据的对比,分析了加速度传感器附加质量对模态测试结果的影响,验证了传感器附加质量消除方法的效果,结论认为传感器附加质量对印刷电路板模态测试的结果影响明显且这种影响不能被完全消除;使用扫描式激光测振仪可以得到精确详细的模态参数。     

一种低成本的双光纤光栅加速度传感器

设计了一种基于矩形悬臂梁、双光纤光栅和强度测量方法的加速度传感器。作为传感核心部件的双光栅,它们的初始中心波长差必须为一个适当的值,使得反射光强度对中心波长差的变化率为最大。理论与实验一致表明,该光纤光栅加速度传感器的电压幅值正比于加速度幅值和悬臂梁中性面与水平面夹角的余弦,而传感器的灵敏度还与FBG的特征参数、矩形悬臂梁上测量点的应变变化率、光敏管的转换系数和放大电路的放大倍数等因素有关。     

光栅莫尔条纹信号非正弦性误差修正

为了提高光栅传感器的测量精度,提出了一种莫尔条纹信号非正弦性误差修正方法.通过三角函数变换建立修正模型,并依据泰勒级数迈克劳林展开式建立光栅传感器输出信号正弦性修正方程.以非线性模型中常用的最小二乘参数估计方法建立代价函数,采用粒子群算法对修正方程中的参数进行辨识,实现对光栅传感器输出信号的修正.针对修正前后采样数据的误差进行分析,光栅传感器输出信号误差峰峰值由110″降低至24″,其正弦性得到了改善.实验结果表明,该方法有效地解决了光栅传感器在复杂工作环境下输出信号非正弦性导致的精确性和稳定性问题,提高了光栅传感器的输出信号精度,增强了其对复杂工业现场的适应能力.     

基于双光纤光栅的膜片加速度传感器

基于光纤光栅传感原理,设计了一种双光纤光栅对称布置的膜片式加速度传感器。阐述了传感器的结构和工作原理,理论推导出固有频率和灵敏度的计算公式,并通过实验对传感器的灵敏度和幅频响应特性进行了测试。试验结果表明:此加速度传感器的横向干扰度小于10%,固有频率可达204Hz,灵敏度为53.56pm/g,与理论分析结果相符合。所设计的传感器可应用于大型结构健康监测等领域。     

坐标转换在移动用户行为识别中的应用

为了降低手机放置位置对移动用户行为识别的影响,提出了一种坐标转换的方法,将手机加速度传感器所获取的加速度信号通过方向传感器从手机坐标系转换到方位坐标系,使用蚁群算法对转换前后各坐标系的加速度信号进行特征优选,利用神经网络分类器对移动用户行为进行识别.实验结果证明,该坐标转化方法减少了重力加速度和手机放置位置对加速度信号的影响,有效提高了移动用户行为识别的准确率.     

一种对温度不敏感的光纤布拉格光栅加速度计

提出了一种新型的基于光纤布拉格光栅(FBG)反射带宽和反射光功率测量的加速度计,其是将单根FBG斜向粘贴在矩形简支梁侧面构成的,通过在简支梁中间粘贴重物感应竖直方向的加速度,通过梁的弯曲改变FBG反射带宽和反射光功率。实验结果表明:FBG的反射带宽具有很好的线性响应,其测量范围可达到8g,因带宽展宽造成FBG的反射率降低,因此反射光功率的线性响应范围只有4g;带宽和功率灵敏度分别为0.4nm/g和4.57μW/g;由于温度仅改变FBG的布拉格波长,而对其反射带宽和光功率几乎没有影响,所以加速度计对温度变化不敏感。     

双膜片结构光纤光栅地震检波器低频特性的研究

提出了一种双膜片式的光纤光栅(FBG)地震检波器,此结构有效限制了检波器横向响应。对该检波器的纵向加速度灵敏度和幅频特性进行了理论分析,并指出了影响这种检波器纵向加速度灵敏度的因素。实验结果表明,该种检波器在5～200Hz频率范围内频响平坦,纵向加速度灵敏度为24.3pm/g,谐振峰在900Hz附近,与理论计算较好的吻合。     

一种新型光纤光栅倾角传感器的研制

光纤光栅倾角传感器具有抗电磁干扰、耐腐蚀、化学性能稳定、传输损耗小等优点,但现有的光纤光栅倾角传感器的测量分辨率低、寿命低、体积大等缺点,限制了其在土木工程监测中的广泛应用。基于此思路,提出了一种新型的光纤光栅倾角传感器,该传感器主要由应变梁、摆锤、光纤布拉格光栅组成,两根光栅对称地贴于应变梁的两侧,由于摆锤的转动迫使应变梁发生弯曲变形,使一侧的光栅受拉,另一侧的光栅受压,这样便可以通过测量由光纤光栅反射回的光的波长变化来计算倾角的改变。实验证明此传感器不受温度影响,且具有较高的分辨率,可较好地应用于工程结构的变形检测。     

长周期光纤光栅解调的FBG温度传感系统

长周期光纤光栅是特定波长范围内的线性滤波器件,该文设计了长周期光纤光栅解调的布拉格光纤光栅温度传感系统。在布拉格温度传感器中,布拉格光纤光栅的反射波中心波长随温度的改变会引起一定程度的漂移,设计布拉格光纤光栅的波长变化在长周期光纤光栅的线性吸收区域,可以使长周期光纤光栅对布拉格光纤光栅的反射波长的吸收随波长而改变,随后使用光电传感器可以得到电信号与温度信号的相对应关系,从而把温度信号转换成了电信号。对该系统的测试及仿真结果证明,该系统有很好的温度检测功能。     

基于FBG的切削力测量装置设计与分析

在分析光纤光栅(FBG)应变传感器原理的基础上,结合切削力测量特点,提出将FBG应用于切削力测量,设计了八角环结构的切削测力装置并对结构进行受力分析.利用FBG传感器测量八角环弹性体应变,构建了切削力测量系统,并进行了不同切削用量切削试验.实验结果表明,所提出的基于FBG的切削力测量方法可行,结构可靠.     

埋入光纤布拉格光栅传感器的智能碳纤维复合塑料

根据弹性力学和边界条件,得出了光纤布拉格光栅(FBG)传感器应变测量值与基体材料实际应变的关系方程。通过裸光栅直埋基体材料界面传递的特征系数,可表征和计算FBG检测应变与测点实际应变的误差及修正系数。并对固化于CFRP的FBG变传感特性进行了实验研究。结果表明:FBGBragg波长对应变表现出很好的线性和重复性。用电阻应变仪对FBG传感器应变传感特性进行实验对比标定,得出了表征FBG性能的应变传感灵敏系数。FBG传感器具有优异的应变传感特性,为先进智能复合材料的研发与应用提供了依据。     

基于杠杆原理的新型光纤光栅微位移传感器

设计了一种新型的光纤布拉格光栅(FBG)微位移传感器。基于杠杆原理,通过自由设计不同的力臂长度满足各种测量要求,可以在不损毁光栅的情况下使光栅产生更加显著的应变;其封装不会产生啁啾,可以通过结构的级联实现传感器的复用进行多维多参量的测量。实验结果证明,在微测量范围0.00-0.20 mm内,该微位移传感器的灵敏度达到12.5 nm/mm,较其它梁臂或聚合物封装结构的传感器有很大提高。     

高速交通轨道梁高精度光纤变形监测

为了分析长标距光纤光栅（FBG）在轨道梁变形监测中的可靠性问题,建立共轭梁法计算模型,分析跨中挠度的模型误差.引入测量误差,得到不同FBG标距、不同测量误差下长标距FBG的变形监测精度.通过某高速轨道梁的现场测试实验,对长标距FBG的可靠性进行验证,提出2种传感器优化布置方案.结果表明,当布置的传感器数量大于8时,监测结果的误差控制在1%以内,考虑20%的测量误差,监测结果的误差可以控制在10%以内;现场实测的挠度与理论值的相对误差为2.01%,由此说明长标距FBG可以实现对高速交通轨道梁的高精度变形监测.     

光纤Bragg光栅测量汽轮机叶片频率的试验研究

利用光纤Bragg光栅（FBG）来测量汽轮机叶片的模态频率．在无约束条件下,FBG测得叶片4阶模态频率分别为1005．00、2048．00、2297．25和2786．00Hz．当叶片受约束时,FBG测得叶片3阶模态频率分别为921．50、1482．00和2454．75Hz．为分析FBG测量结果的可靠性,采用加速度传感器（AT）进行对比测量,在无约束条件下其结果分别为1005．00、2048．00、2297．00和2786．00Hz;在有约束条件下,其结果分别为917．00、1480．75和2454．25Hz．结果表明,FBG和AT对叶片模态频率的测量结果十分吻合．通过研究FBG的解调和波分复用方式,实现两个FBG对叶片进行同时测量．因此FBG可组成传感网络,进行多点测量,用于汽轮机叶栅频率的测量．通过实现进入FBG和出射的光路非接触耦合方式,FBG可用于旋转部件的测量和叶片的动频测量．     

固化于CFRP的光纤布拉格光栅应变传感特性研究

将碳纤维复合材料(CFRP)与光纤传感器相结合构成智能先进复合材料,对固化于CFRP的光纤布拉格光栅应变传感特性进行了实验研究.实验结果表明:光纤布拉格光栅B ragg波长对应变表现出很好的线性和重复性;布拉格光栅与基体材料粘结情况的好坏,对应变灵敏性与可靠性有直接影响;用电阻应变仪对布拉格光栅光纤传感器应变传感特性进行实验对比标定,得出了表征FBG性能的应变传感灵敏系数.结果表明测试数据稳定可靠,FBG光纤传感器具有优异的应变传感特性,为智能先进复合材料的研发与应用提供了重要依据.