水杯式光纤Bragg光栅沉降仪的研究

沉降仪是测量路基、桥梁、隧道、边坡等结构物沉降的重要仪器。利用上、下容器相连通结构,研制了一种水杯式光纤Bragg光栅沉降仪。当沉降发生时,在压差的作用下,膜片产生的挠度推动传压杆使等强度悬臂梁的自由端产生同样大小的挠度变化,使粘贴于等强度悬臂梁表面的光纤Bragg光栅发生拉伸,进而导致中心波长发生移位,实验通过检测波长移位可获得沉降量。分析结果显示,光纤Bragg光栅波长移位对沉降量呈现良好的线性关系,沉降仪的灵敏度可达15.4pm/cm,线性度为1.73%FS,迟滞为0.984%FS,重复性误差为3.61%FS。     

水杯式光纤Bragg光栅沉降仪的研究

沉降仪是测量路基、桥梁、隧道、边坡等结构物沉降的重要仪器。利用上、下容器相连通结构,研制了一种水杯式光纤Bragg光栅沉降仪。当沉降发生时,在压差的作用下,膜片产生的挠度推动传压杆使等强度悬臂梁的自由端产生同样大小的挠度变化,使粘贴于等强度悬臂梁表面的光纤Bragg光栅发生拉伸,进而导致中心波长发生移位,实验通过检测波长移位可获得沉降量。分析结果显示,光纤Bragg光栅波长移位对沉降量呈现良好的线性关系,沉降仪的灵敏度可达15.4pm/cm,线性度为1.73%FS,迟滞为0.984%FS,重复性误差为3.61%FS。     

基于光纤Bragg光栅的量测锚头压力研究

锚头的受力情况对整个锚杆的安全性有着重要影响。为了实时反映锚头的受力状态,将2只光纤Bragg光栅沿45°粘贴在轮辐式结构锚头的两根对称辐条中点处表面上,形成轮辐式测力传感结构,辐条在压力作用下产生剪切变形,引起辐条表面的光纤Bragg光栅中心波长移位。通过对光纤Bragg光栅中心波长移位的测量,实现在锚头处锚杆轴向拉力的在线监测。锚头压力实验表明:光栅1的测力灵敏度为108.8pm/kN,线性度为0.042%FS;光栅2的测力灵敏度为115pm/kN,线性度为0.023%FS。     

小直径光纤光栅的研制及传感交叉敏感研究

研究了小直径光纤光栅的研制以及传感中的温度应变交叉敏感问题.首先根据耦合模理论,分析了小直径光纤Bragg光栅光谱特性,确定了包覆层为80 μm的单模光纤加工成中心波长为1 528 nm的Bragg光栅的栅长及周期,并研究了小直径光纤光栅与解设备之间的连接方式.其次利用等强度梁的变形特点,结合矩阵法,提出基于等强度悬臂梁双Bragg光纤光栅矩阵算法,对小直径光纤Bragg光栅的交叉敏感问题进行研究.温度和应变的实验辨别误差分别为5%和6%.实验结果表明,该方法可以分离温度和应变对光纤Bragg光栅传感的影响.采用该方法去除交叉影响,K矩阵始终存在逆矩阵,因此对所采用的光栅无特殊要求,从而扩大了光纤光栅选用范围,并将温度和应变识别出来.     

采用WDM技术的光纤Bragg光栅传感网络

采用绝对测量原理的波长调制技术,光纤Bragg光栅可组成并行、串行和阵列WDM拓扑结构.分析表明,光纤Bragg光栅网络的工作原理类似于一个多宽带平面镜.利用光谱仪可测量上述光纤Bragg光栅网络的反射谱,其中,光源是宽带为～40nm的掺饵光纤放大器.当网络中的光纤Bragg光栅受扰动后,受扰光栅的反射谱发生相应的变化,即Bragg波长发生相应的偏移.结果表明,当事先确定了光纤光栅的波长调制范围,反射的峰值波长能反应光纤光栅传感网络的信息.值得注意的是～3nm的波长调制范围可满足～100℃和～2000με的参量测量.     

基于旋涡发生体的光纤Bragg光栅流量计的研究

结合光纤光栅传感检测技术与旋涡分离原理,研制了一种基于三角柱型旋涡发生体的光纤Bragg光栅流量计,在三角柱旋涡发生体中部设置导压腔,腔内设置粘贴Bragg光栅的等强度悬臂梁,流体经过发生体两侧时,交替分离旋涡,导压腔内部产生脉动流体,等强度悬臂梁产生振动且振动频率与旋涡分离频率成正比,通过检测悬臂梁振动频率测量流体流量。实验表明,该流量计的线性度为4.38%FS,仪表系数为K=3.659,光纤光栅波长移位频率对流量的响应度为1.182Hz/(m3/h)。     

基于旋涡发生体的光纤Bragg光栅流量计的研究

结合光纤光栅传感检测技术与旋涡分离原理,研制了一种基于三角柱型旋涡发生体的光纤Bragg光栅流量计,在三角柱旋涡发生体中部设置导压腔,腔内设置粘贴Bragg光栅的等强度悬臂梁,流体经过发生体两侧时,交替分离旋涡,导压腔内部产生脉动流体,等强度悬臂梁产生振动且振动频率与旋涡分离频率成正比,通过检测悬臂梁振动频率测量流体流量。实验表明,该流量计的线性度为4.38%FS,仪表系数为K=3.659,光纤光栅波长移位频率对流量的响应度为1.182Hz/(m3/h)。     

镀镍光纤Bragg光栅温度传感特性实验研究

在光纤智能金属结构材料中,为了保护光纤Bragg光栅并使得传感器与基体金属有很好的结合性,在光纤Bragg光栅表面化学镀镍,并实验研究了化学镀镍前后的光纤Bragg光栅的温度传感特性.实验表明：镀镍后的光纤光栅的Bragg波长随温度变化呈现出良好的线性和重复性,Bragg光栅温度灵敏度变大.     

基于光纤Bragg光栅的锚索拉伸力测量研究

锚索通常工作在高应力状态,其健康状况直接关系到边坡的安全和稳定。为了实时反映锚索的受力状态,将光纤Bragg光栅粘贴在锚索钢丝表面。锚索受力发生形变,从而使粘贴在锚索表面的光纤Bragg光栅中心波长发生移位。拉伸试验表明:拉伸力灵敏度为19.9pm/kN,线性度为1.02%FS。通过对光纤Bragg光栅中心波长移位量的测量,可以实现对锚索所受拉伸力的在线监测。     

非线性二次曝光法制作三角形光纤Bragg光栅

提出了一种利用非线性二次曝光技术制作三角形光纤Bragg光栅的新方法.该方法只使用普通Bragg位相模板,采用两次曝光技术,通过控制光纤光栅的本地谐振波长和反射率,达到控制光纤光栅谱形的目的.第一次直接对光纤曝光,用来控制光纤光栅谐振波长;第二次通过位相模板曝光,用来控制光纤光栅的反射率.考虑到光敏光纤感光特性曲线的多项e负指数变化规律,按照"分步写入光纤光栅设计软件"进行曝光分布设计,利用"分步曝光光纤光栅写入系统"进行曝光控制,使用信息产业部第46研究所生产的DCS-01型光敏光纤,得到了线性范围1.24 nm、反射率为0～64%的三角形光纤Bragg光栅.三角形光纤Bragg光栅作为光纤光栅传感解调器件,在光纤传感领域具有重要应用价值.     

光纤布喇格光栅沉降传感器

根据光纤布喇格光栅的光学传感原理,提出了一种基于悬臂梁及金属弹性膜片的光纤布喇格光栅沉降传感器结构,对其传感特性进行了实验研究.实验通过产生水的液位差来模拟地基沉降,分析结果显示,光纤布喇格光栅中心反射波长漂移对液位差呈现良好的线性关系,线性度高于0.999,灵敏度可达-2.11 pm/mm.通过改变悬臂梁厚度和有效长度,可以对传感器测量范围和灵敏度进行调整,以满足各种应用场合.综合实验结果,该传感器在桥梁、铁路地基等沉降监测方面具有重要意义.     

基于悬臂梁结构的光纤光栅位移传感研究

本文提出了一种基于光纤光栅和悬臂梁结构的新型位移传感方案,并给出了实验结果。本传感系统结构简单,测量范围大(大于20mm),线性好(0.9991),抗电磁干扰,信噪比高,并可实现在线监测。     

带宽调制型单光纤光栅温变无补偿位移传感

报道了利用反射谱带宽调制和光强差分探测技术实现单一光纤光栅温变无补偿位移精确测量的新方法。设计了一种结构新颖的曲臂梁位移传感装置,结合光波导理论与材料力学原理分析了光纤光栅在高斯应变作用下光栅反射谱侧向梯度展宽的成因,理论推导了特殊结构梁在外力作用下光栅反射谱带宽/反射光强与压力之间的响应关系。光栅反射谱侧向梯度展宽的同时反射光强线性增加,利用光强差分检测方法消除光源出光抖动的影响,提高了位移测量精度。基于带宽调制的光纤光栅位移传感方法免受温度变化的影响,在-10℃~80℃的温度变化范围内,测量误差小于1.2%,实现了单光纤光栅温变无补偿位移测量。     

免受温度影响的光纤光栅位移传感器

将一定长度、均匀周期的光纤光栅沿轴向刚性粘贴于厚度呈阶跃分布的等腰三角状悬臂梁界线附近的表面上 ,通过观测该光栅反射谱中两个峰值的间距来监测梁自由端在垂直于表面方向上的位移。实验表明该无源温漂位移线性传感装置的传感灵敏度达 9.2 4× 10 -2 nm/ mm,与理论值 9.4× 10 -2 nm/ mm非常接近。     

新型高准确度光纤光栅压力传感系统

提出一种使用光纤双布喇格光栅测定压力的测量方法.在外界压力作用下，传感光纤布喇格光栅反射波长的漂移,被转变成在交变力策动下,发生弯曲的等强度悬臂梁调制扫描光栅反射光脉冲间隔的变化.实验结果表明，光纤布喇格光栅反射波长漂移的测量范围为0～3 nm，波长测量的不确定度为1 pm；压力传感器的量程为0～6 MPa时，压力的测量不确定度为0.005 Mpa.     

非啁啾取样光纤布拉格光栅反射峰值波长的分析

推导并验证了非啁啾取样光纤布拉格光栅(SFBG)反射谱中反射峰值波长的表达式。基于种子光栅中心波长对应的折射率调制深度和取样光纤布拉格光栅折射率调制函数的傅里叶级数展开式,提炼出取样光纤布拉格光栅的折射率调制深度和各阶光栅周期,从而导出其反射峰值波长的表达式。由于考虑了占空比、取样周期等取样光纤布拉格光栅的结构参量,因而表达式能够描述反射峰的分布。仿真实验中,不同占空比或取样周期下计算出的反射峰值波长、信道间隔符合数值反射谱。该表达式既适用于均匀取样光纤布拉格光栅,也适用于交流切趾和交直流切趾取样光纤布拉格光栅。     

基于悬臂梁的光纤光栅无啁啾线性调谐

设计了一种均质,等厚,等腰三角状悬臂梁,调节该梁自由端的挠度,实现了光纤光栅布拉格反射中心波长的线性无啁啾调谐（调谐范围４．５０ｎｍ）引入修正因子η＝０．７１后,理论值与实验结果基本一致,光栅与梁间刚性粘贴的质量影响反射谱形状。     

基于光纤Bragg光栅的行车模型主梁挠度的测量

简易桥式起重机的力学结构是一种简支梁,研制了一种行车模型,主要包括工字梁及一个可吊挂重物的滑块.光纤Bragg光栅沿工字梁的轴向均匀粘贴于行车主梁的下表面,侧点分别位于离主梁的1/4、1/2和3/4等三个位置.在测量中,通过吊挂重物对主梁产生挠度,从而导致粘贴其下表面的光纤Bragg光栅产生波长移位.载荷试验表明,在主...     

双悬臂梁光纤Bragg光栅应力传感器

报道了一种新颖的光纤Bragg光栅应力传感器.理论分析和实验证明了这种传感器Brrag光栅中心波长随应力变化的线性工作区.将光纤Bragg光栅贴于双悬梁的梁端面,在双悬梁的自由端部施加载荷,对光纤Bragg光栅的应力响应特性测试.当所加载荷为300 g时,光纤Bragg光栅中心波长变化了0.156 nm.从实验上获得了－0.05 nm/N的应力响应灵敏度.该结构具有应力增敏作用,且应力响应的线性、重复性和迟滞性较好.应力响应灵敏度随着梁的大小以及材料的力学参量的改变而改变.     

利用光纤光栅在双侧悬臂梁中的啁啾实现对挠度和应力的传感研究

报道一种利用双侧悬臂梁展宽光纤光栅带宽实现对挠度和应力线性传感的新方法,理论研究与实验结果表明,光纤光栅的带宽对挠度及外力均很敏感,并呈线性关系,实验上传感范围超过17nm,传感灵敏度分别达到0．658nm/mm及5．32nm/N。