差分式SAW温度应变复合传感器*

本文基于声表面波(SAW)理论和微扰理论,首次提出了并研制由三个谐振器组成的差分式SAW 温度应变复合传感器。通过COMSOL对AT切型和XY切型的两种SAW谐振器进行了仿真,根据其频率-应变响应和频率-温度响应,设计并研制了能够进行温度补偿和应力应变补偿的温度应变传感器,传感器的应力测量灵敏度为100Hz/u,温度测量灵敏度为80kHz/。该传感器成功应用到了隔离开关的状态监测,现场测试表明,该传感器对隔离开关触指温度和应变的检测可实现对隔离开关工作状态的有效判别,在未来的电力系统设备在线检测中具有重要的应用前景。     

基于空芯光纤和光纤布拉格光栅的温度应变同时测量传感器

提出一种新颖的温度和应变双参数同时测量的光纤传感器。该传感器由空芯光纤和光纤布拉格光栅级联而成。空芯光纤通过反谐振机理将光限制在空气纤芯内传输,满足谐振条件的光泄露出空气芯,在传输光谱上表现为周期性损耗峰。由于空芯光纤和光纤布拉格光栅的物理机理不同,对外界温度、应变的响应存在差异,利用耦合矩阵则可以精确地实现温度和应变双参数的同时测量。实验结果表明,在1550nm波长附近,空芯光纤和光纤布拉格光栅对应的温度灵敏度分别为24.55 pm/℃和12.76 pm/℃,应变灵敏度分别为-0.70pm/με和1.02pm/με,该级联结构的传感器制作简单且具有较高的测量精度。     

基于光纤温度和应变传感器的物理创新实验

为了实现温度和应变同时测量,本文设计了一种基于多模干涉的光纤温度和应变传感器.该传感器利用光纤熔接机将一段细保偏光纤和一段细芯光纤错位熔接后引入萨格纳克环中而制成.由于光纤错位和模场失配,传感器内存在偏振模干涉和纤芯模-包层模干涉.对不同温度和应变作用下采集到的传感器透射谱进行滤波处理,可提取两种干涉对应的透射谱.基于透射谱中两个不同波谷的温度和应变灵敏度建立同时测量矩阵,即可实现温度和应变的同时测量.实验数据显示该传感器的温度和应变分辨率分别为0.30℃和13.50με.本实验可以作为物理和光电相关专业本科生物理创新实验,帮助大学生掌握光纤传感原理、实验技能和数据处理与分析方法.     

材料封装型光纤布拉格光栅宽温域应变传感性能研究

针对用于高温油气井下的光纤布拉格光栅(FBG)传感器弹性封装材料宽温域应变问题,将奥氏体不锈钢材料和试制的铌基恒弹合金材料设计加工成弹性应变元件,并将FBG粘贴于其上封装成传感器.在30～250℃宽温域范围内对两个传感器施加拉力进行应变传感实验,对比研究了两种材料的应变传感性能.结果 表明:两种合金材料在不同温度下的应变响应线性度均超过0.999;但随着温度的升高,两种合金材料的应变响应灵敏度有下降趋势,重复性降低,迟滞增大,温度影响弹性材料的应变传感性能;在30～250℃温度范围内,用试制的铌基恒弹合金材料封装的传感器在重复性、迟滞、线性拟合度和灵敏度稳定性方面均优于奥氏体不锈钢材料封装的传感器.因此试制的铌基恒弹合金可用于宽温域FBG传感器的弹性封装材料.     

利用双周期光纤光栅实现应变和温度同时测量

提出了一种新颖双周期光纤光栅传感器。在同一段氢载光纤上先后写入长周期光纤光栅、短周期布拉格光纤光栅 ,利用长周期光栅和布拉格光栅对应变和温度敏感性的差异 ,可实现应变和温度的同时测量。实验中采用这种灵敏结构的双周期光栅 ,在 0～ 170 0 με和 2 0℃～ 12 0℃范围内 ,测量精度可达到± 16 με和± 0 8℃。     

过耦合结构超导铝共面波导谐振器温度特性研究

制备了基于超导铝膜的四分之一波长反射型共面波导谐振器,并利用矢量网络分析仪测量了该谐振器在低温超导状态下的传输特性。实验结果表明:对于拥有较大耦合电容的超导共面波导谐振器,在超导状态下随着环境温度的升高,超导薄膜的表面阻抗会增大,进而谐振器的中心谐振频率降低,谐振峰变宽。温度越高,谐振频率随温度升高而向低频偏移的速率越快。另一方面,随着环境温度升高,谐振器的外部耦合品质因数和负载品质因数也都会降低。温度越高,谐振器品质因数随温度升高而降低的速率越快。用二能级理论解释了实验现象,品质因数理论计算值与实验测量结果相接近。     

光纤布拉格光栅与空芯光纤多模干涉混合型温度应变双参量传感器

针对光纤应变传感器由于温度敏感而引入的测量问题,提出了一种基于光纤布拉格光栅和空芯光纤多模干涉效应的混合型温度-应变双参量传感器。该传感器由两根单模光纤与一段内径小于单模光纤纤芯直径的空芯光纤熔接制成,其中一根单模光纤的光纤端面附近预刻一组光纤布拉格光栅。空芯光纤长度为厘米量级,光波以多模形式在空芯光纤侧壁中传播。结合光纤布拉格光栅和空芯光纤多模干涉效应对温度和应变的不同响应灵敏度,通过求解双参数耦合矩阵同时获取温度和应变两个参量,并有效解决了单个传感器在温度或应变测量时的温度-应变交叉敏感性问题。采用中心波长为1 550.172 nm的光纤布拉格光栅与一段长为2.5 cm、内径为5μm的空芯光纤制备了相应的传感器,并进行了温度和应变测试。结果表明,光纤布拉格光栅和空芯光纤的温度灵敏度分别达到10.530 6 pm/℃和1.802 1 pm/℃,应变灵敏度分别达到0.720 7 pm/με和1.243 2 pm/με。     

光纤Bragg光栅应变、温度交叉敏感问题的研究

解决应变和温度的交叉敏感,实现应变和温度同时测量一直是光纤光栅传感器研究的关键问题。从应变和温度交叉敏感的物理机制出发,较为全面地介绍了几种主要解决方案：双波长矩阵法、2个包层直径不同的FBG法、啁啾光栅法等。并且基于双波长矩阵法,提出了一种基于管式弹性应变敏感元件的光纤光栅传感器结构,很好地实现了温度150℃,压力20MPa的同时区分测量,其温度灵敏度为0.02nm/℃。解决了温度和应变同时区分测量这一技术难题。     

石英音叉温度频率特性的温度传感器（英）

提出了一种基于石英晶体温度频率特性的石英音叉微谐振式温度传感器。通过理论分析的方法对传感器进行设计,并采用有限元仿真对传感器的结构参数进行优化。采用光刻和蚀刻微加工技术制造石英音叉谐振器,对石英音叉温度传感器样机的频率温度特性进行实验研究。实验结果表明:石英音叉温度传感器的标准谐振频率为36.545 kHz,灵敏度为-1.9 Hz/℃,在-20到100 ℃的温度范围内,其非线性误差小于0.18%,迟滞为0.02%,与理论研究相吻合。该传感器具有高精度、高灵敏度、低功耗和低成本的特点,为高性能温度测量提供较好的解决方案。     

单模光纤中用声波导布里渊散射同时测量温度和应变

为解决布里渊频移同时受温度和应变影响的交叉敏感问题,提出了用声波导布里渊散射同时检测温度和应变的传感器设计方案.根据声波导布里渊散射中不同声模对温度和应变的敏感度不同,设计特定的抽运光和斯托克斯光频率,使检测的频谱图上呈现多峰放大现象.再根据温度和应变对声模特征频率的影响,区分出光纤所受温度和应变值.模拟结果表明标准SMF-28光纤中,R_(02)模对应的温度敏感度比TR_(25)模对应的温度敏感度低0.86%,R_(02)模对应的应变敏感度比TR_(25)模对应的应变敏感度高54.1%.由于R_(02)模和TR_(25)模对应温度敏感度近似相同,而两者对应应变敏感度相差较大,可以有效地区分出温度和应变对布里渊频移的影响,从而达到温度应变同时测量的目的.     

Ultrahigh-sensitivity fiber-optic strain and temperature sensor

We report ultrahigh-sensitivity static strain sensing (noise equivalent strain 相似文献   

A 5 cm spatial resolution temperature compensated distributed strain sensor evaluated using a temperature controlled strain rig

Sensing rigs used for Brillouin scattering based distributed strain and temperature measurements so far have comprised separate sections of sensing fiber subjected to either temperature or strain influences. We demonstrate a scheme that allows for temperature corrected distributed strain measurements under environments involving simultaneous application of strain and temperature, with enhanced spatial resolution of 5 cm. Strain and temperature resolution of 63 με and 2 °C are reported. To the best of our knowledge, this is the highest spatial resolution temperature compensated distributed strain sensor result so far.     

Dependence of temperature and strain coefficients on fiber grating type and its application to simultaneous temperature and strain measurement

We report an investigation of the dependence of the temperature and strain coefficients on the grating type for fiber Bragg gratings that are UV inscribed in B/Ge-codoped fiber with and without hydrogenation. The results reveal that all types of grating exhibit similar strain sensitivities but markedly different temperature sensitivities, greater for gratings inscribed in hydrogen-free rather than hydrogenated fiber and substantially less in type IA gratings than all others. The sensitivity characteristics of these gratings have been used to implement a new type of dual-grating sensor for simultaneous measurement of temperature and strain that has properties superior to those of previously reported structures.     

Simultaneous strain and temperature measurement with long-period gratings

The differential modulation of the attenuation bands in a long-period grating is used for simultaneous sensing of axial strain and temperature. A grating fabricated in a conventional optical fiber is demonstrated for concurrent measurements of strain over a range of 2100 micro? and temperature over a range of 125 degrees C, with maximum errors of 58 micro? and 1 degrees C, respectively.     

基于电阻应变片的低温应变测量方法研究

超导磁体在降温及通电情况下将受到热及电磁应力,拟采用电阻应变片测量CFETR CS模型线圈在降温及通电过程中产生的应变。为了修正温度和磁场对电阻应变片的影响,采用惠斯通电桥法补偿应变片由于温度及磁场引起的偏差,并实际测量了316L不锈钢样品从室温降到液氦温度的热收缩值,测量结果与ITER数据库数值进行了对比、分析,并研究了磁场对应变测量信号的影响,结果表明惠斯通电桥法能够修正温度和磁场对应变测量的影响,并达到测量的精度要求,可以用于CFETR CS模型线圈的应变测量。     

高温应变下的晶界湮没机理的晶体相场法研究

应用晶体相场方法研究高温应变下的预熔化晶界位错湮没机理. 结果表明, 原预熔化晶界上的位错在应变作用下发生分离运动, 形成新晶界, 即亚晶界. 该过程的实质是生成了亚晶粒; 亚晶界的迁移过程的本质是亚晶粒长大、吞噬旧晶粒的过程; 亚晶界之间的湮没是亚晶粒完全吞噬旧晶粒过程的结束, 体系转变成为单个晶粒结构. 根据原子密度序参数沿x和y方向的投影值随应变量的变化特征, 可以揭示出高温应变作用下, 预熔化亚晶界相遇湮没的本质是两对极性相反的偶极子位错对发生二次湮没, 该湮没的微观过程是通过位错连续二次滑移湮没而实现的, 其湮没的速率较低温时的湮没速率要小许多.     

应变式负荷传感器温度补偿研究

作为软件密集型装备,指挥系统的软件保障需求明显。简要介绍装备系统软件结构及主要功能,对其在部队使用过程中出现的问题进行分析;提出软件保障工具的主要功能及系统设计方案,并对系统实现方法进行详细说明。应用表明：指挥系统软件保障系统对提高部队软件保障能力具有重要意义。     

基于光纤光栅的应变与温度分离技术的研究

理论分析了光纤光栅交叉敏感的物理机制,重点研究了基于双波长矩阵法和双参量矩阵法的应变与温度分离技术。提出了一种基于双参量矩阵法的应变与温度测量系统,该系统传感头由FBG和非本征型F-P干涉腔(EF-PI)构成,其中FBG对应变敏感,EFPI测温精度高。     

光纤Bragg光栅应力传感中温度交叉敏感问题研究

针对光纤Bragg光栅应力传感中温度交叉敏感的问题,设计了一种有效的无源温度补偿方法和补偿结构。通过理论模拟,分析了M值不同时补偿效果曲线的变化,从中得到了补偿效果最好时的M值;得出了不同预应变情况下的温度特性曲线,从中找出了温度特性被完全补偿时的预应变的值;分析了温度补偿中出现过补偿和欠补偿现象的原因。通过该方法,有效地解决了光纤Bragg光栅传感中的温度交叉敏感问题。温度补偿后可以满足对光纤光栅温度稳定性要求较高的光纤传感、通信等领域的需要。     

Highly sensitive long-period fiber-grating strain sensor with low temperature sensitivity

A long-period fiber-grating sensor with a high strain sensitivity of -7.6 pm/microepsilon and a low temperature sensitivity of 3.91 pm/ degrees C is fabricated by use of focused CO(2) laser beam to carve periodic grooves on a large- mode-area photonic crystal fiber. Such a strain sensor can effectively reduce the cross-sensitivity between strain and temperature, and the temperature-induced strain error obtained is only 0.5 microepsilon/ degrees C without using temperature compensation.