基于FBG的液压系统中流量/压力/温度同时测量技术

针对传统液压系统检测中存在的传感器功能单一、体积较大、测量精度不高等问题,提出一种光纤光栅复合传感器.该传感器以一体化的靶片式流量传感结构为基础,融合光纤光栅压力和温度传感器,可以实现对液压系统流量、压力和温度的同时测量.在对各参数传感模型理论分析的基础上,对传感器的结构进行设计,并制作了传感器实物.利用液压综合试验系统等设备对传感器进行了性能测试和参数标定,得到其流量灵敏度为0.049L/s,压力灵敏度为28.4pm/Mpa,温度灵敏度为14.9pm/℃,验证了传感器设计的合理性.同时,传感器的温度测量功能可在流量和压力测量中作为参考,克服温度的交叉敏感效应,提高传感器的环境适应能力.     

耦合型高频光纤振动传感器实验研究

提出了一种耦合型高频光纤振动传感器,并设计了相应的解调电路和信号处理系统.对高频振动信号的响应波形和频率进行了测量,研究了光纤传感器对不同的振动强度和不同方向的振动信号的响应,分析了不同结构和不同材质的传输介质对光纤传感器测量结果的影响.实验证明所设计的耦合型高频光纤振动传感器截止频率达到8 kHz,振幅测量灵敏度为325 mV/mm,频率和幅值响应误差小于1%.     

基于边缘解调技术的光纤光栅波登管压力传感器的研制

研制了光纤光栅弹簧管压力传感器,并与双边缘解调技术相结合搭建了基于边缘解调技术的光纤压力传感器检测系统,对传感器和解调器的性能进行了测试,给出了实验结果.压力灵敏度为0.33nm/MPa,解调系统线性拟合度为0.99977,系统压力测量分辨率可达0.01MPa.     

基于微结构光纤和游标效应的高灵敏度压力传感器

结构健康监测、医疗诊断分析、气压检测以及军事工程应用等领域对压力的高灵敏度探测要求越来越高。光纤传感器由于其体积小、灵敏度高及抗电磁干扰等优点被广泛应用于压力测量。针对石英材料的杨氏模量较高,传统实芯光纤压力传感器的受压变形量较小,导致测量灵敏度很难提高。文章提出了一种基于游标效应的双Sagnac干涉环式光纤压力传感器。传感器由保偏光子晶体光纤(Polarization Maintaining Fiber, PM-PCF)作为敏感单元实现Sagnac干涉并通过不同PCF长度实现针对压力增敏特性的游标效应。传感器分别采用在单模光纤中嵌入PM-PCF形成传感器的参考单元和压力敏感单元,并对Sagnac环的感压部分进行封装,通过实验对并联型Sagnac环压力传感器的压力特性进行研究。实验结果表明在压力范围为0～2.4MPa内,压力传感器最大灵敏度为-54.491nm/MPa,分辨率为0.367kPa。相比无游标效应的Sagnac环压力传感器,其压力灵敏度放大了16.7倍。此外,传感器具有制造简单、结构坚固、运行稳定的优点,为高灵敏度压力传感器提供了一种替代设计方案。     

双金属结冲击压力传感器

 本文简单介绍了双金属结冲击压力传感器的性质、特点、结构和应用范围。给出了三种形式的铜-康铜传感器的结构参数和一定实验条件下的V-p响应关系。在实验的压力范围内基本上为一直线，并给定了这些直线的拟合方程。实验结果的分散性，在45 GPa时小于12%，而在80 GPa和116 GPa时小于8%。结合具体实验，用Ⅲ型传感器探测了Al-Cu飞片击靶时产生的双波压力及时间间隔，同理论预估结果符合较好。     

基于光纤光栅的螺纹管压弯扭测量技术

引入光纤光栅传感器,并结合螺纹管压弯扭分离测量理论,实现对螺纹管所受压力、弯矩和扭矩的测量.由测量结果可知,光纤光栅传感器测得压力与驱动电机上压力传感器测得压力基本相符,两者测得压力的差值为-11.4~15.5N;光纤光栅传感器测得弯矩与理论值基本一致,两者之间的差值为-0.54~0.46N·m;光纤光栅传感器测得扭矩与驱动电机上扭矩传感器测得扭矩基本相符,两者测得扭矩的差值为-0.54~0.87N·m.测量结果验证了光纤光栅传感器对螺纹管力学参数测量的可行性,为螺纹管的力学参数测量提供了一种新方法.     

光纤传感器及在窃听技术中的应用

主要阐述了基于光纤压力传感器的传声技术,即光纤麦克风,接着以光纤光栅型声音传感器为例,论述光纤传感器在窃听中的应用。     

基于F-P腔干涉的膜片式光纤微机电系统压力传感器

基于法布里-帕罗腔的干涉原理,采用微机电系统技术加工制作了一种光纤微机电系统压力传感器.采用浓硼扩散自停止腐蚀和磁控溅射的方法,制备厚度为6 μm、机械灵敏度为0.502 μm/MPa的传感器敏感膜.基于强度解调技术,利用干涉腔的反射功率与压力的关系对压力进行解调.分析了腔长变化对反射率的影响,确定传感器线性工作点的波长,建立稳定的压力传感测试系统.测试结果表明,该传感器压强最小分辨率为62 Pa,灵敏度达到0.51 nW/KPa,具有良好的线性度、灵敏度和重复性,适用于人体内压力测量和口腔义齿压力测量.     

单模与多模光纤级联型压力传感器

研制了一种基于单模光纤与多模光纤级联结构的马赫-曾德尔干涉型压力传感器,它通过将一段单模光纤夹熔在两段多模光纤之间制成.利用纤芯的不匹配所激发的单模光纤中纤芯模和包层模之间的干涉,使外界压力的变化直接作用于单模光纤内部光场,获得较高灵敏度.当传感器总长度为39mm时,可获得较为理想的传输谱线.压力传感实验表明:随着压力的增大,传输光谱向长波方向漂移,在2~16N的压力范围内,传感器的压力灵敏度为554.830pm/N,线性度为0.984,具有结构简单、易于制造、成本较低、灵敏度高等优点,可用于不同领域的压力传感.     

一种新型光纤压力传感器的设计

设计了一种工作波长为800 nm的光纤压力传感器,提出了一种用补偿光纤对温度和双折射进行补偿的方法,并从理论上进行了解释.在不同温度和压力条件下对该传感器进行了实验,相对误差小于1.5％.实验结果表明,该补偿方法是有效的.在0℃~50℃的温度下,对传感器在0～40 MPa的压力范围内进行了测试,其标准偏差在1%以内.     

Two-channel IR gas sensor with two detectors based on LiTaO3 single-crystal wafer

An infrared (IR) single-element detector based on a lithium tantalate (LiTaO₃) single-crystal wafer has been successfully fabricated. The preparation and design of the device are discussed and analyzed in detail. The processing of a thin LiTaO₃ wafer, the characterization of an IR filter window, and the assembly of the wafer and filter are explained. A LiTaO₃ sensor element, a CMOS amplifier, a narrow-band filter (which can be selected to operate within the appropriate spectral region), and the read-out circuits are set into a TO-18 vessel. Each TO-18-type detector offers a single channel (a single detection wavelength). Two TO-18 detectors with different filters, one acting as a detection channel and the other as a reference, a broadband light source, a circuit board and a flake of wire gauze are assembled and integrated into a gilded gas cell for the purpose of detecting ethene gas.     

Probing quantum-vacuum geometrical effects with cold atoms

The lateral Casimir-Polder force between an atom and a corrugated surface should allow one to study experimentally nontrivial geometrical effects in the electromagnetic quantum vacuum. Here, we derive the theoretical expression of this force in the scattering approach. We show that large corrections to the "proximity force approximation" could be measured using present-day technology with a Bose-Einstein condensate used as a vacuum field sensor.     

Resonance-mode effect on piezoelectric microcantilever performance in air,with a focus on the torsional modes

A high quality factor is preferred for a microresonator sensor to improve the sensitivity and resolution. In this paper we systematically investigate the performance of the microcantilever in different resonance modes, which are the first three flexural modes, the first lateral mode, and the first and the second torsional modes. An aluminum nitride-based piezoelectric cantilever is fabricated and tested under controlled pressure from an ultra-high vacuum to a normal atmosphere, using a custom-built vacuum chamber. From the experiment results, it can be seen that the torsional modes exhibit better quality factors than those of the flexural and lateral ones. Finally, an analytical model for the air damping characteristics of the torsional mode cantilever is derived and verified by comparing with experimental results.     

等离子体电磁加速器中快速电磁阀气体注入特性研究

在注气持续时间短、注入气体质量大的快速电磁阀测量中，采用高频响应压力传感器在电磁阀出口测量了气体的动态压力，通过真空室注气前后的压强差测量了注入气体的质量。研究表明，驱动电流、位移限定以及背景气压对气体注入特性有显著影响。当阀片受到的电磁力远大于背景气压造成的阻力时，增大驱动电流和增大背景气压都会加速流道口气体流动，提高气体注入量；电磁阀最高流速超过当地声速，流道应该设计成扩张式，且流道的长度要求尽可能短；电磁阀的注气持续时间主要由阀片的运动时间以及阀片关闭后气体在流道内扩散速率决定的。     

量子真空计量标准中的非极性稀薄气体折射率测量研究

为进一步提高真空量值的复现性和准确性,最新研究采用量子技术实现对真空量值的测量与表征.该方法利用Fabry-Perot谐振腔实现腔内气体折射率的精密测量,并反演出气体密度,进而获得对应的真空量值,其中气体折射率的测量是影响真空量值准确性的关键.本文基于第一性原理,利用从头计算理论计算了在已知压力和温度条件下的氦气折射率,给出腔内气体压力与折射率关系的表达式,并利用基于Fabry-Perot激光谐振腔的真空测量装置,通过双腔谐振激光拍频精确测量了充气前后谐振激光频率的变化,测出了氦气折射率,并分析了测量不确定度.将理论计算值与实验测量值进行了对比分析,得出了制约准确度提高的主要因素,并提出了修正方法.     

自由活塞斯特林发动机活塞位移测量

自由活塞斯特林发动机活塞往复振动位移对研究发动机特性具有重要意义,然而该类发动机活塞位于高压封闭腔体内且结构较为紧凑,其活塞往复振动位移难于直接进行测量。加速度传感器具有尺寸小、安装方便和工作稳定等特点,提出了采用加速度传感器测量活塞位移的方法。根据加速度传感器测量位移的原理,建立了一套加速度传感器测量自由活塞斯特林发动机活塞位移的标定试验系统,以位移传感器为基准测试并分析了不同活塞振幅和不同振动频率下加速度传感器测量位移的误差大小。实验结果表明,在活塞振幅小于8 mm,振动频率大于20 Hz条件下,加速度传感器测量位移的误差小于5%。因此加速度传感器可以用于测量自由活塞斯特林发动机的活塞往复运动位移。最后成功把加速度传感器测量的自由活塞斯特林发动机活塞振动位移用于发动机循环指示功的实验研究。     

光纤微机电系统压力传感器的理论分析和数值模拟

设计了一种基于微机电系统(MEMS)的光纤压力传感器,证明了光纤MEMS压力传感器在工作状态下可以由法布里_珀罗腔的理论模型解释。推导出了在光纤MEMS压力传感器中硅横膈膜的压力与干涉光强的关系表达式,并对光纤MEMS压力传感器的模型进行了数值模拟,初步确定了在传感器的制作过程中各个物理量的取值。其中腔体半径为300μm、腔体深度为1.42μm、硅横膈膜厚度为23μm,为光纤MEMS压力传感器的加工和制作提供了理论基础。     

Experimental activity and numerical simulations for the plasma experiment of the ESA CLUSTER Project

Summary The ESA CLUSTER project consists of a cluster of four space-crafts which, when orbiting close to one another, will allow a detailed study of the terrestrial magnetosphere and of its interaction with the solar wind. IFSI actively participates in this project with the conceptual design and mechanics of the hot ion analyser for the Cluster Ion Spectrometer experiment (CIS). This analyzer is of the ?top-hat? type and provides the three-dimensional distribution function of ions in the (0÷40) keV range every two seconds. Within this project, the experimental activity of the group consisted in setting up a vacuum chamber with ion source, mass spectrometer and two azimuthal and polar rotating platforms, in dedicating a computer to data acquisition and monitoring of the physical parameters such as pressure inside the chamber and, finally, in the construction of a prototype of the sensor. The theoretical activity, preliminary to the design of the sensor, is based on the numerical simulation of the sensor in various geometries. It is the aim of the present study to compare between the experimental and theoretical response of the sensor for two different configurations. Paper presented at the V Cosmic Physics National Conference, S. Miniato, November 27–30, 1990.     

高灵敏度的光纤光栅压强传感器

基于光纤布拉格光栅传感模型 ,提出了一种等强度梁与波纹管相结合的高灵敏度的光纤布拉格光栅压强传感器 ,推导了光纤布拉格光栅反射波中心波长相对偏移量与压强之间的解析关系式 ,从理论和实验上给出了压强灵敏度系数。该传感器的理论和实验压强灵敏度系数分别是 1.4 76× 10 -2 MPa-1、1.35× 10 -2 MPa-1,是裸光纤光栅的 74 5 5倍和 6 80 8倍 ,理论值与实验值吻合得很好。同时指出通过调节等强度梁和波纹管的参量 ,可以将该传感器的压强灵敏度系数做得很高 ,直至破坏了光纤布拉格光栅。     

High-sensitivity, high-frequency extrinsic Fabry-Perot interferometric fiber-tip sensor based on a thin silver diaphragm

We propose and demonstrate a fiber-tip sensor based on an ultra-thin silver diaphragm for highly sensitive and high frequency ultrasonic detection. The diaphragm is prepared by the vacuum thermal deposition method and then transferred to the fiber tip. The sensor demonstrated in this letter has a 300 nm thick diaphragm with an inner diameter of 75 μm, leading to a static pressure sensitivity of 1.6 nm/kPa and a resonant frequency of 1.44 MHz. This sensor has potential applications in many fields such as structural health monitoring and medical ultrasonography.