基于隧道效应的纳米级振动传感器的研究

从研究STM仪器对振动的敏感性出发，对基于隧道效应的纳米振动传感器的理论、技术及实现方法进行了初步的研究和探索，研制了具有压电陶瓷结构的传感器样机模型，并进行了振动检测试验。结果表明，基于隧道效应的测振传感器具有很高的灵敏度、良好的频率特性和与STM仪器一致的振动响应特性。     

一种新型MEMS加速度传感器的研制

针对传统机械类传感器体积比较大、耗电量高、长期监测稳定性差的不足,研发出一种新颖的基于MEMS（微机械加工）技术的无线传感器。分析了加速度传感器的检测原理,设计了信号检测模块、微控制器模块及无线收发模块等硬件集成电路,并进行了软件实现。设计实验系统对所研发的加速度传感器动态特性进行了研究,实验结果表明：该传感器在不同的加速度输入输出反复实验中,具有良好的线性响应,线性拟合度在0.999%F.S以上,重复稳定性好,动态响应快,适用于结构的低频振动测试。     

振管式结冰传感器设计

为了实现结冰的自动探测,文中给出了一种采用谐振管式结构,精确可靠探测结冰的传感器设计的方法。简要介绍了振动管式冰传感器的工作原理和性能特点。针对环境温度对传感器性能的影响,重点给出了传感器的软硬件设计方法及硬件进行温度补偿的方法。     

Doppler effect in flexible and expandable light waveguide and development of new fiber-optic vibration/acoustic sensor

New principle and a geometrical arrangement of an optical fiber for a vibration/acoustic measurement are proposed in the present paper. The sensor is based on a new finding that a frequency of light wave transmitted through a bent optical fiber is shifted by vibration at the bent region. The phenomenon can be explained as Doppler's effect in flexible and expandable light waveguide. Several configurations of the sensor have been designed, and very high sensitivity is achieved in the extremely wide frequency range. Principle, sensor configuration and theoretical sensitivity, measurement system, and some experimental consideration are described in the present paper. The sensor sensitivity was examined experimentally in the low and middle frequency range, and the detectability was confirmed experimentally in the frequency range of acoustic emission signals.     

柔性MEMS流速传感器的制造及其电路设计

针对流速传感器大多存在测量量程小、柔性小而无法适应较大量程和复杂曲面的测量问题,提出了一种宽量程柔性MEMS流速传感器,结合热损失和热温差的工作原理实现对流速的测量.选取聚酰亚胺(PI)作为柔性衬底材料和铂(Pt)薄膜为热敏材料,采用金属牺牲层MEMS工艺制造了带空腔的柔性流速传感器芯片,尺寸为9 mm×7 mm×30μm.设计了采用双惠斯通电桥的恒温差测控电路.测量结果表明:制造的柔性MEMS流速传感器的TCR为0.2418％/℃,实验实现了0～36 m/s的输入风速测量,在低速、高速段内的灵敏度分别为2和0.295 mV/(m/s).同时,测量电路还展现出良好的温度补偿效应.所提出的柔性MEMS流速传感器具有宽量程、测试精度高、灵敏度高和易于实施温度补偿的优点,有望用于航空航天、国防等领域.     

基于双光纤光栅的加速度传感探头结构的设计

分布式光纤光栅加速度传感技术对微弱振动测量分析及其故障诊断具有重要的实用价值。采用副载波调频、波分复用技术提出了一种分布式光纤布喇格光栅加速度测量系统,并进行了基于双光纤布喇格光栅的加速度传感探头结构的设计。该传感探头具有尺寸小,质量轻,不受电磁干扰等优点,有较高的测量灵敏度和分辨率,而且能自动消除温度噪声和相位噪声的影响。     

轮辐式温度自动补偿型光纤光栅测力传感器

采用轮辐式传感机构设计，将两个不同波长的布拉格光栅与轮辐中性轴线同时成相同角度，粘贴在两个对称轮辐侧面的中间位置构成传感头。利用光纤光栅波长绝对编码的特性，设计并研制了轮辐式温度自动补偿型光纤光栅测力传感器。理论分析和实验结果证明，该传感器具有温度自动补偿特性，可用于压力和拉力的高精度感测，其最大力的测量值达到3kN，温度自动补偿范围为20℃～75℃。     

井下油套环空级联式光纤光栅压力传感器的研制

为了实现对油水井下油套环空中狭小空间大量程压力的监测,研制一种级联式的光纤光栅压力传感器。首先,根据实际工况,设计一种基于平膜片和等强度梁相结合的光纤光栅压力传感器封装结构;采用级联式的方法,在未改变原有光纤光栅性能指标的前提下,扩大传感器的测量范围,解决压力测量范围和灵敏度之间的矛盾;通过力学分析验证研制的传感器结构的合理性与可行性,同时阐明其温度补偿的方法。实验结果表明:本文传感器的测压范围为0～30MPa,灵敏度为329.5pm/MPa,线性度达到98%以上。并且传感器结构简单,尺寸小巧,易于实现,装配到油管后的实际厚度仅为17mm,能够满足油水井下油套环空中压力的监测要求。     

基于纤芯失配多模干涉的光纤折射率传感器

基于多模干涉效应的单模-多模-单模(SMS)结构光纤折射率传感器通常需要进行包层腐蚀来提高灵敏度,而且易受环境温度影响。为克服SMS结构的这些不足,提出了一种新型的基于纤芯失配多模干涉的光纤折射率传感器,由单模光纤-色散补偿光纤-单模光纤(SMF-DCF-SMF)级联光纤布拉格光栅(FBG)构成,长度不超过100mm。对其灵敏度、线性范围和温度特性等进行了测试,实验结果显示在测量折射率为1.33～1.39的折射率液时,特征波长与折射率呈线性关系,灵敏度为232.8nm,级联的FBG具有良好的温度校准功能。     

以太网与无线WIFI传输的机车车辆检测系统

为了解决传统车辆检测装置安装布线复杂,传输速率慢的缺点,设计了一种无线网络化的车辆检测系统。该系统以STM32为核心建立主控制器,MSP430单片机为核心建立无线传感器网络节点,通过传感器完成多种车辆振动信号的采集。采用无线WIFI与以太网两种通信方式实现控制指令与采集数据的高速传输,同时设计了基于C#.NET平台设计的人机交互界面,实现对车辆运行状态的实时监测。通过实验验证,系统能够完成车辆运行过程中速度,加速度等振动信号的高速采集、传输与处理。     

加速度传感器ADXL105的原理及实验研究

ADXL105是ANALOG公司生产的加速度传感器芯片。该芯片除包含一个多晶硅表面微处理传感器外,还内置一个运算放大器,便于对测量信号进行处理,满量程是5g。详细介绍了ADXL105的工作原理、功能、特性,设计了测量探头、滤波电路、减法电路等具体实验电路并进行了相关实验研究,提出了注意事项,并对实验中出现的问题进行了讨论。实验结果表明,ADXL105能够很好地测量静态和动态加速度,响应速度快,性能稳定,适用于机械振动测量等场合。     

Temperature sensor based on dielectric optical microresonator

An optical temperature sensor has been presented based on Whispering Gallery Mode (WGM) dielectric microresonator. The effect of Transverse Electric (TE) wave propagation in dielectric micro-spheres presented has been for optical resonances based on WGM. TE waves are characterized both theoretically and experimentally for large size parameter of the micro-spheres. A theoretical model has been developed based on asymptotic approach. The theoretical development is mathematically robust and significantly less complicated than existing approaches presented in the literature. The quality factor of experimental resonance spectra observed in the laboratory is calculated approximately in the order of 10⁴ which is sensitive enough to detect micro or nano level temperature changes in the surrounding medium. The sensitivity of the Morphology Dependent Resonance (MDR) temperature sensor is wavelength change of 10⁻⁹ m for one degree centigrade change in temperature. This sensor could potentially be used for nano technology, Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) devices, and biomedical applications.     

基于莫尔条纹的光纤惯性式振动传感器系统

设计了一种基于莫尔 条纹的光纤惯性式振动传感器,通过光栅对(grating pair)的相对运动产生莫尔条纹实现振 动位移的感知,由4路光纤作 为信号的传输通道将莫尔条纹信息传输至信号处理电路。详细讨论了莫尔条纹与振动信号的 关系,经信号 处理电路以及莫尔条纹细分、方向辨别算法,将莫尔条纹信号转换成振动位移和方向。通过 幅频特性补偿 电路对低频段进行补偿,实现平坦的宽频带频率响应。实验结果表明,传感器的谐振频率为 5.35Hz,通过 补偿后下降至0.05Hz;在0.1～1000Hz频率响应范围内,起伏小于0.011mm。     

基于光纤光栅的杆型二维振动传感器

为了实现两个方向的振动信号检测,提出了一种以杆为弹性结构的二维光纤光栅振动传感器。首先对该传感器进行了理论分析,并推导出其固有频率和灵敏度公式。然后对传感器结构进行了优化仿真,确定各个参数的最终值。最后通过实验研究了传感器的各项性能。实验结果表明,该传感器在x方向上的固有频率为493 Hz,灵敏度为54 pm/g,线性度为99.9%;在y方向上的固有频率为466 Hz,灵敏度为5 pm/g,线性度为97.5%。此外,采用双光纤光栅消除了温度对振动信号测量的影响,温度灵敏度为0.1 pm/°C。该传感器结构简单,可检测两个方向的振动信号,消除了温度的影响,在振动信号检测中表现良好,因此在多维振动信号检测领域具有重要研究意义。     

Temperature and vibration insensitive fiber-optic current sensor

A robust interferometric fiber-optic current sensor with inherent temperature compensation of the Faraday effect is presented. Sensor configurations based on Sagnac and polarization-rotated reflection interferometers are considered. The sensing fiber is residing and thermally annealed in a coiled capillary of fused silica. The capillary is embedded in silicone within a ring-shaped housing. It is theoretically and experimentally shown that the temperature dependence of the birefringent fiber-optic phase retarders of the interferometers can be employed to balance the temperature dependence of the Faraday effect (0.7×10^-4/°C). Insensitivity of the sensor to temperature within 0.2% is demonstrated between -35°C and 85°C. The influence of the phase retarders on the linearity of the sensor is also addressed. Furthermore, the sensitivity to vibration of the two configurations at frequencies up to 500 Hz and accelerations up to 10 g is compared. High immunity of the reflective sensor to mechanical perturbations is verified     

A novel fiber Bragg grating vibration sensor with double equal-strength cantilever beams

In practice, since the measurement environments are usually complex, the electromagnetic interference problem has been an important issue for sensor applications, and the fiber sensor can overcome it effectively. this paper proposes a new type of vibration sensor based on fiber Bragg grating (FBG). The vibration sensor with double equal strength cantilever beams structure can further improve the measurement stability. The physical model of FBG vibration sensor was established, and the structural parameters of the double equa-strength cantilever beams were designed and optimized by finite element analysis. Both simulation and experimental tests are included in this paper to illustrate the low-frequency vibration performance of the designed vibration sensor. Among, the sensitivity of the sensor was 0.024 0 pm/(m.s-2), the natural frequency was 185 Hz, and the linearity was obtained, which further verify the stability and reliability of the sensor vibration frequency measurement.     

DFB激光器振动解调系统温度补偿的设计

介绍了DFB激光器结合光纤光栅测量振动信号的原理,并针对系统常见的温度干扰问题提出了采用PID调节DFB波长法和双光栅光强互补进行温度干扰抑制的措施.通过实验验证和比较了这两种方法的特点和效果,结果证明两种方法均对温度干扰有抑制作用,PID调节DFB激光器波长法可抑制较大的温度波动但灵敏度低,而双光栅互补温度补偿法抑制较小的温度波动但灵敏度比PID调节方法高,两者联合使用可使系统在较宽的温度波动范围内仍保持良好的性能.     

强度型光纤传感检测中的强度补偿技术

介绍了强度型光纤传感检测中实用的强度补偿技术,重点描述了双光路补偿和单光路补偿的基本原理、系统结构和性能特点,并分析了这两种方法的区别及联系.     

基于FBG震动传感器的边境安防系统研究

周界安防系统是重要区域和设施的第一道防线, 高性能的安防技术可以消除或减少外 部的威胁。基于窄带光纤光栅波长选择反射原理,设计了一种高灵敏度的光纤光栅震动传 感器并利用相位载波调制解调技术实现对传感器震动信号高精度实时解调。震动传感器通过 地埋的布设方式,利用光纤光栅震动传感器波分、空分、时分的复用技术,实现在较长的光 纤布设长度内对突发事件进行远程和实时监控。进行了野外试验,试验证明,通过合理算法 分析传感器时变信号的能量谱和峭度等参数该系统可准确的识别70 m 内人员走动和200 m内车辆行驶。该系统可广泛应用于边境线、机场 、核场所等重要区域的周界安防中。     

压电式压力传感器温度补偿算法的研究

介绍了压电式压力传感器由于受工作环境温度的影响,其零点和灵敏度常会发生漂移,因此,需对其进行补偿;讨论了一种基于最小二乘法的补偿算法,运用该算法对温度变化后的数据进行处理,使传感器的输出基本不随温度的变化而改变,从而使传感器的零点漂移和灵敏度漂移问题得到了很好地解决。结果表明,该算法能起到很好的补偿效果并广泛应用于工程实践中。