一种微型光纤光栅矿压传感器

为了满足煤矿生产安全对于埋入式矿压传感器的需要,针对目前光纤光栅式矿压传感器在结构及应用方面的局限性,提出并实现了一种适用于煤/岩层埋入、煤矿称重和液压支架等压力测量的光纤光栅矿压传感器。该传感器外形为圆柱形,内部采用菱形力传递结构,结合工形膜片将纵向分布的压力转换为膜片的横向应变而传递给光纤光栅的方法,传感器直径为30 mm,高度为10 mm。利用有限元分析方法,对传感器菱形力传递结构和工形膜片的应变情况进行了理论分析。对该传感器的特性进行了实验研究,该传感器具有很好的线性度和重复性,线性拟合度为0.997 5,量程为0~7.15 MPa,灵敏度为0.598 3 nm/MPa。该传感器可埋入煤、岩层用于压力测量,还可以用于替代其他各电子类压力传感器对煤矿压力进行精确测量,也可在其它领域推广应用。     

Bless: A fiber optic sedimeter

The working principle for a conceptually new sedimeter (BLESS — Bed LEvel Seeking System) is presented and experimentally tested. The proposed approach relies on the adoption of fiber Bragg grating arrays to measure temperature: the environment identification (flowing water vs. saturated soil) is achieved by means of the different temperature response to heat dissipation. The arrangement is potentially very robust with respect to the aquatic environment, as all vulnerable equipments are located above the water level, while only fiber optic and insulated electric wires with low DC voltage are immersed into water. A simple conceptual model can describe the thermodynamic response of the system. Experimental results fully confirm expectations. The technology can be considered ready for field installations.     

两点封装的光纤布拉格加速度传感器设计

提出了一种双半孔梁光纤布拉格光栅(FBG)加速度传感器实现加速度信号测量的方法.首先,建立了两点封装FBG的加速度传感模型,理论分析了加速度与位移敏感点的线性响应.其次,从理论上分析了两点封装方案中FBG的自振特性,讨论了封装光纤的长度和预应力对光纤自振频率的影响.最后,依据FBG的自振特性设计了FBG加速度传感器,并通过实验研究了FBG加速度传感器的线性响应和幅频响应特性.实验结果表明:提出的传感器在10～250 Hz具有较好的平坦区,加速度响应灵敏度为41.2pm/G;加速度与波长具有较好的线性关系,线性度为99.8％.同时,该加速度传感器具有较强的方向抗干扰性,轴向交叉灵敏度小于4.8％.     

大型反射面天线变形补偿技术研究进展

随着大口径、高频段反射面天线的应用,由重力、热和风等因素引起的主反射面变形会导致天线性能明显下降.如果合理的天线设计还不能满足性能要求,需采用补偿方法来提升天线性能.文中综合介绍了常见的两种补偿方法:机械补偿方法和电子补偿方法.通过对各种方法的总结来展望未来大型高精度天线补偿技术的发展方向.     

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.     

工程化光纤光栅液体压力传感器的研制

液体压力是流体压力管道结构的重要荷载,传统的液体压力传感装置无法满足长期监测对其稳定性与耐久性的要求.基于双光纤光栅感知原理,针对某重点工程项目的环境条件,设计开发出了一种满足工程应用需求的液体压力传感装置,给出了详细的理论分析,并通过大量的标定试验分析了该装置的传感特性,理论与实验数据吻合很好,相差小于3％.根据随机抽取的100个传感器的标定数据,采用统计分析方法得到了该类传感器的各性能指标:测量范围0～2.5 MPa,分辨率＜0.4％F·S,迟滞＜2.4％F·S,重复性＜2.3％F·S,线性度＜2.1％F·S,总精度＜4％F·S,结果表明该传感器具有温度自补偿、线性度和重复性好、精度较高等优点,适合压力管道结构液体压力测试,具有良好的应用前景满足实际工程需要.     

光纤可调F-P滤波器频率响应特性的实验研究

为了提高基于可调Fabry-Perot(F-P)滤波器光纤光栅(FBG)解调系统的性能,根据可调F-P滤波器的特性,研究了不同驱动频率下光纤可调F-P滤波器的响应情况。实验中通过数据采集卡和LabVIEW软件平台得到滤波器不同输出波长所对应的电压,绘制出不同频率下电压—波长曲线。分析了在驱动电压频率改变时滤波器透射波长随电压的变化情况,发现直线拟合所得斜率有随频率增加单调递减的趋势,10Hz、100Hz和200Hz与1Hz的斜率误差分别为0.69%,5.10%,6.49%。实验数据分析表明,采用区分频率选择不同多项式拟合可以减小该误差对解调系统的影响。     

光纤光栅柔性触觉传感器的材质识别功能研究

针对目前应用于电子皮肤的触觉传感器不能兼具柔韧性和多模态信息感知等问题,对封装于同一柔性聚合物传感单元中的两根光纤光栅触觉传感器的材质识别功能进行了有限元仿真和实验研究。首先,推导了光纤光栅触觉传感原理和基于热传递的接触物体材质识别机理;然后,对封装材料和接触物体进行了热力学仿真分析;最后,搭建了实验系统平台,对光纤光栅柔性触觉传感器进行了材质识别实验研究。仿真和实验结果表明,当接触物体为70℃的铝、铁、塑料等材质时,由于热传递引起的光纤光栅温度传感器中心波长漂移最大值分别为：Δλ_B1=0.588 9 nm、Δλ_B2=0.277 3 nm和Δλ_B3=0.169 2 nm,且在接触的前10 s内中心波长漂移随时间变化率分别为k₁=31 pm/s、k₂=19 pm/s和k₃=6 pm/s。扩展光纤光栅触滑觉传感器的接触物体材质识别功能,可实现电子皮肤更多模态信息的感知,具有一定的应用价值。     

基于FBG传感技术的黏性土中静压沉桩阻力测试

为了探索光纤光栅(fiber Bragg grating,简称FBG)传感技术在黏性土中静压管桩沉桩阻力测试的适用性,在均质黏性土中进行了模型管桩静力压入试验。数据测试采用增敏微型光纤光栅应变传感器和双模式光纤光栅土压力传感器,基于FBG传感技术采集应变数据,分析沉桩过程桩端阻力和桩侧阻力贯入特性。通过改变桩长、桩径及开口和闭口,对比分析基于FBG传感技术的静压管桩的贯入过程差异。研究结果表明,FBG传感技术对黏性土中静压沉桩阻力的测试性能优越,能够准确体现静压管桩的贯入特性,清晰反映桩端阻力和桩侧阻力随桩径、桩长及开口和闭口的变化过程,这对静压管桩的模型试验与工程设计具有较大的参考价值。     

植入光纤光栅的软体驱动器形状传感研究

软体机器人由于具有柔顺性和适应性等特点,在外科手术和狭窄空间等方面具有无可比拟的优势,为了实现微创手术等狭小空间中软体驱动器的姿态传感监测,提出基于植入式光纤光栅的柔性传感方法,首先将光纤布拉格光栅（FBG）植入在软体驱动器中;然后在软体驱动器的不同弯曲状态下,通过实验测试分析FBG点的光谱、波长漂移量和曲率等信息,利用3次样条插值等算法实现软体驱动器的三维形状拟合重构。实验结果表明,驱动器实际弯曲角度和重构算法之间的误差不足45%,传感器重复性的偏差指数不足7%。所提出的基于植入式光纤光栅的柔性传感方法可以实现软体机器人的姿态传感监测,在医疗外科手术领域具有广阔的应用前景。