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.     

一种光纤布喇格光栅压力传感器的设计及实验

报道了一种新型光纤光栅压力传感器设计和实验结果.传感器利用双拱形结构,配合工形膜片将纵向分布的压力转化为膜片横向的应变,通过膜片结构传递应变给光纤光栅,从而达到测量纵向分布压力的目的.实验结果表明:当传感器受到纵向均布压力作用时,能够较好地感知压力的变化,光纤光栅中心波长的漂移与所受压力呈线性变化,且线性度达到0.999.在压力测量范围内,压力灵敏度达到1.059 × 10~(-3)/MPa.     

一种新型高灵敏度光纤布拉格光栅压力传感器

报道了一种用于油气井(oil down-hole)下薄壁应变筒(thin-will strain canister)作为压力衬底的高灵敏度光纤Bragg光栅压力传感器,实验测得压力灵敏度为1 .2 3×1 0 - 4MPa- 1 ,较已报道的其他光纤Bragg光栅传感器压力灵敏度高出许多倍.     

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.     

双弹簧管光纤差压传感器

设计了一种利用对称反转连接的双弹簧管作为差动压力传感元件,进行差动压力测量的光纤传感器.这种光纤传感器是在通用光纤传感设计实验系统的基础上,利用三光纤反射调制技术,实现光源强度的变化和光纤中光功率损耗的变化以及反射率的变化自动补偿的.理论上,分析了这种反转对称差压传感弹性元件在使用过程的优点,给出了三光纤补偿理论分析方法.实验上,获得了该光纤差压传感器的线性输出测试结果.     

3D打印光纤压力传感器

根据光纤弯曲损耗效应,设计了光纤压力传感器,采用3D打印制作主体部件,与光纤、光纤法兰等整合为光纤压力传感器.该传感器具有可变受力、受力限位、可变灵敏度等功能.光时域反射方法测试结果表明:该传感器可应用于分布式光纤传感系统.     

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。     

基于光纤环形腔衰落的压力传感器研究

提出了一种基于光纤环形腔的压力传感器系统.利用两个耦合器和一段单模光纤组成光纤环形腔,用光纤Bragg光栅作为传感元件,将测量的压力转化为光波在环形腔传输所对应的的衰落时间.当所施加的压力改变时,可得到压力与衰落时间成正比例关系,与理论推导一致.基于这种原理的压力测量系统具有结构简单,测量方便的优点.     

应用于液压传感的光子晶体光纤特性

为实现结构紧凑、高灵敏度的光纤压力(液压)传感器,提出了一种应用于液压传感的边孔结构光子晶体光纤.基于全矢量有限元方法,研究了传统光子晶体光纤和边孔结构光子晶体光纤的有效折射、模式等特性以及在液压情况下的应力和应力特性.根据光弹效应给出了传统光子晶体光纤和边孔结构光子晶体光纤在液压情况下的折射率变化特性.模拟结果表明边孔结构光子晶体光纤可以获得更大的液压传感灵敏度,增大边孔半径可以提高液压传感灵敏度,因此结构优化的边孔结构光子晶体光纤可以实现高灵敏度的光纤压力(液压)压力传感器.     

光纤微机电系统法布里-珀罗压力传感器的波分复用

提出了一种用阵列波导光栅复用光纤微机电系统法布里-珀罗压力传感器的方法,实现了法布里-珀罗压力传感器的准分布式测量。传感器基于法布里-珀罗腔干涉的原理,采用微机电系统技术加工制作,用双波长方法解调干涉信号,利用传感器对两个不同波长光的反射率的比值与压力的单值关系确定所施加压力的大小,用阵列波导光栅实现传感器复用。理论分析与实验验证了传感器解调和复用的基本原理。实验结果表明:在压力的线性测量范围(0~1.5 MPa)内,系统的灵敏度(相对反射率比值/压力)可达到0.02026 MPa-1,测量结果具有较好的线形性,相对反射率比值的标准偏差小于3×10-4。该系统可以补偿传感器光网中和波长无关的变动引起的误差,具有好的线性、灵敏度和精度,复用能力强且复用传感器间无串扰。     

Measurement of the frequency response of a diaphragm-based pressure sensor by use of a pulsed excimer laser

We present a novel method for measuring the frequency response of a diaphragm-based optical fiber Fabry-Perot interferometric pressure sensor. The impulse response of the sensor to the radiation pressure generated by an excimer laser pulse is measured. The Fourier transform of the impulse response yields the frequency response of the pressure sensor. Experimental results show that it is a convenient and efficient method for measurement of the frequency response of diaphragm-based pressure sensors.     

用于测量流体流速的复合式传感器

基于流体力学皮托管测量流体流速的原理,提出了一种用于测量流体流速的复合式传感器,它由一个静压和差压传感器构成.介绍了这种新型传感器的测量原理、结构设计和芯片制作,并列举了实验数据.此传感器能同时显示流体的静压和差压,并且实现了智能化,可用于无人流体观测站.     

可穿戴下肢外骨骼足底压力检测系统设计与研究

可穿戴下肢外骨骼能够柔性跟随人体运动的前提是足底压力检测数据符合人体步态特征,因此研究外骨骼足底压力检测系统具有重要意义。针对现有穿戴式下肢外骨骼系统压力传感器输入输出存在非线性误差,不能准确检测足底压力变化的缺点,选择电阻式压力传感器,通过理论计算确定曲线拟合方法可行性,并将曲线拟合方法引入足底压力检测系统设计中。研究结果表明,该方式采集数据特征明显,曲线拟合的系统线性度较小,可靠性高,适用足底压力检测系统。     

基于RBF神经网络气压补偿的非色散红外SF6气体传感器

非色散红外SF₆气体传感器具有测量范围广、灵敏度高、抗干扰能力强等优点,在电力系统中具有广泛的应用。在实际检测过程中,环境气压的变化对气体传感器的检测精度有较大的影响,提出利用RBF神经网络建立气体传感器气压补偿模型,运用其泛化和非线性映射能力对环境气压波动引起的测量误差进行补偿。实验结果表明:采用气压补偿模型后的气体传感器在气体浓度3 260 mg/m3~9 781 mg/m3,气压100 kPa~120 kPa范围内,最大测量误差由±646 mg/m3降为±52 mg/m3,测量精度为±0.53%FS。该方法相比于拟合法和硬件电路补偿法具有更高的测量精度和稳定性,降低了传感器的体积和成本。     

一种气压传感器新型标定补偿方法（英）

通常气压传感器的标定补偿方法复杂耗时,开发了一种新的方法去简化气压传感器的标定补偿。首先,设计恒温结构,并通过PID算法自动调节,使气压传感器的核心敏感元件工作于某一个固定温度（此温度稍高于气压传感器需要工作的最高温度点）;其次,把气压传感器在与这个固定温度点相等的环境温度下进行标定;最后,完成标定后不管环境温度如何变化,气压传感器敏感元件始终工作在一个恒定的温度,因此气压传感器的标定与补偿可以得到简化。经测试,气压传感器在一定的环境温度范围内实现恒温工作,标定后可以以较高的精度测量气压,实验结果表明经过标定补偿后的气压传感器可以在实际中应用。     

Multi-functional metamaterial sensor based on a broad-side coupled SRR topology with a multi-layer substrate

This paper intends to demonstrate the feasibility of a miniaturized multi-purpose metamaterial sensor that can be effectively used for chemical, biological and pressure sensing in microwave and terahertz applications. This novel sensor design makes use of the double-sided split ring resonator (DSRR) topology that is modified to have an additional sensing medium sandwiched between two identical broadside coupled SRR unit cells. The resonance frequency of the resulting DSRR sensor shifts as the dielectric permittivity or thickness of this interlayer medium changes in response to variations in an environmental parameter such as temperature, humidity, density, concentration or pressure. As a proof of concept study, both numerical and experimental results are presented with very good agreement for a multi-functional miniaturized metamaterial sensor prototype operating in X-band. Simulations for three different real-life scenarios are also presented for this sensor topology to demonstrate a moisture sensor, a density sensor and a temperature sensor with very good sensitivities where the interlayer medium is occupied by sawdust, silica aerogel and seawater, respectively.     

Hydrostatic pressure sensor based on a gold-coated thin-core fiber modal interferometer and ripple shift measurement

We propose a hydrostatic pressure sensor based on a gold-coated thin-core fiber modal interferometer (TCFMI). A thin-core fiber is spliced to a single mode fiber forming a single-end fiber modal interferometer (FMI) due to the core mismatch and the fiber end reflection. Relative reflection spectra of TCFMIs based on thin-core fibers with different lengths are investigated. The TCFMI is gold-coated to enhance the optical reflectivity, which also results in the ripple of the relative reflection spectra of TCFMI. A high hydrostatic pressure sensor test system is proposed and the performance of the pressure sensor has been experimentally investigated. A pure-ripple-shift measurement method is used to achieve the demodulation of the sensor. The proposed pressure sensor has a sensing range up to 40 MPa and a sensitivity of 44.8 pm/MPa.     

最大气泡压力法测液体表面张力系数的改进

对最大气泡压力法测定液体表面张力系数的实验原理、方法及仪器进行了研究,提出用螺旋活塞定量加压控制气泡的生成速度;用扩散硅气体压力传感器测量压强,测得值数字显示;用双毛细管制作实验探头,消除了毛细管插入液体一定深度产生的静压强及待测液体密度等对计算液体表面张力系数的影响,提高了液体表面张力系数的测量速度和精度.     

探空湿度测量太阳辐射误差修正流体动力学研究

针对太阳辐射加热导致的误差显著限制了相对湿度测量的准确度,提出一种新颖的相对湿度误差修正方法—–基于流体动力学的数值分析法.在流体-固体耦合传热数值模拟分析中考虑探空湿度传感器的外部热环境情况,施加对流-太阳辐射耦合热边界条件,建立了地面到32 km高空不同气压和温度条件下探空湿度传感器的温度误差分析模型.结合Goff-Gratch饱和水汽压逼近公式,进而提出了相应的相对湿度误差流体动力学数值分析模型,并且着重研究了太阳辐射方向、传感器尺寸、反射率和衬底材料热导率等物理参数对相对湿度误差的影响.分析数值仿真结果表明:随着海拨的升高,其与太阳辐射加热引起的相对湿度误差之间存在非线性的单调递增关系;太阳辐射方向对于湿度测量精度的影响显著,当太阳辐射方向垂直于传感器正面时误差最大、传感器顶部时次之、侧面时误差最小;虽然通过减小探空湿度传感器的尺寸、降低衬底材料的热导率以及提高反射率均可以一定程度地降低太阳辐射加热引起的相对湿度误差,但是在低气压高空条件下,太阳辐射加热误差对于湿度准确性的影响仍然十分明显,需加以修正.与实验结果对比表明,基于流体动力学模拟仿真的相对湿度误差数值分析法为辐射误差修正提供了一种新的途径.