基于FBG的钻孔应变传感器研制

为了监测地壳内部的微应力应变,设计了一种基 于光纤布拉格光栅(FBG)的钻孔应变传感器。结合FBG的传感原理,通过有限元分析 ,构建出曲边三角形的 传感应变结构,并根据其传感特点进行相应的封装。使用参考光栅法,在应变片上粘贴两支 FBG,在一支 FBG测量应变的同时另一支FBG对其进行温度补偿,解决了FBG对温度和应变同时敏感的 问题。为了模拟传感 器在 钻孔中的环境,建立了微应变测试平台。实验结果表明,研制的钻孔应变传感 器的灵敏 度为0.092pm/με,且具有较大的增敏空间。     

用于数字化标定的光纤光栅应变检测系统

在装配过程中因工件不同摆放方式或夹持方式造成表面形变,为了减小其引起基准点、对接位置等的偏差,采用光纤光栅传感器应变检测方法,设计了基于光纤布喇格光栅(FBG)的3维应变场实时监测系统。通过正交结构FBG应变片组实时监测工件的应变场分布变化,并利用ANSYS仿真分析了工件受力后表面形变偏移量分布。结果表明,仿真分析与视觉检测绝对误差为0.72mm,应变检测与视觉检测结果的绝对误差为0.52mm,均在误差范围内; 对比仿真结果、应变检测结果和视觉检测结果,样本偏差为0.19mm。通过建立3维应变场与工件形变偏移量之间关系,实现了形变偏移量补偿并辅助精密装配。该系统在大型工件数字化精密装配中具有重要作用。     

大型工程长期健康监测用FBG应变传感器的研究

为研究适于大型工程长期健康监测的耐久性光纤光栅(FBG)应变传感器,提出并实现了传感光纤无机-聚合物-金属的耐久性组合式封装。对传感元件应变传递的理论计算结果表明,光纤的应变传递机制主要依赖于封装结构的无机内核,金属外套用于工程安装初期对无机内核的保护,聚合物主要起这两者间的连接作用,其应变传递机制被抑制,故即使其力学或材料性能发生转异或劣变,亦不对传感器的耐久性产生显著影响;应变测试的理论分析及模型实验结果均表明,相对于普通聚合物封装的FBG传感器,组合式封装传感器的检测精度有明显提高,验证了理论分析结果的可靠性。     

FBG应变传感器的地址询问技术

本文介绍了光行Ｂｒａｇｇ光栅（ＦＢＧ）应变传感器的Ｂｒａｇｇ波长漂移检测的寻址技术，这种基于光纤法布置－珀罗滤光器的寻址技术可以通过波长跟踪方式寻址单个ＦＢＧ传感器， 通过扫描方式寻址多个传感器阵列元。     

FBG应变传感器应用于起重机械的实验模拟

为了测量大型起重机械关键部位的应变,本文设计了一套门式起重机的实验模拟系统,通过实验测得其关键部位的应变,获得反射波长与应变的相关系数,并将所测应变与高精度应变计的测量结果相比较。实验证明,这种FBG应变传感器测得的应变与门式起重机实际的应变很接近,其反射波长和应变具有很好的相关性。可应用于现实工程中起重机械的应变测量。     

应变分布对光纤光栅反射谱影响的研究

根据Ｋｏｇｅｌｎｉｋ给出的光栅反射系数方程,本文仔细分析了呈均匀分布,线性分布三角形分布,高斯分布,正锥形分布等情况的应变对光纤光栅反射谱影响。一方面给光纤光栅传感器提供帮助,另一方面也可以为光纤光栅的特性研究提供有益的参考。     

FBG形状传感器应变传递与传感性能研究

为提高光纤布拉格光栅(FBG)形状传感器的形状重建精度,减小光栅点的重建位置误差,设计了一种FBG传感元件结构。通过建立传感元件应变传递力学模型,推导出平均应变传递率表达式,并结合传感元件有限元仿真模型,分析了相关结构参数对传感元件应变传递率的影响,将有限元仿真与理论计算结果进行对比,验证了理论模型的有效性。进而分析了应变传递率对传感系统形状重建精度的影响,得出当光栅点应变传递率保持在90%以上时,光栅点的重建位置误差将保持在0.08mm内。该研究表明,通过合理控制影响参数,可有效提高传感元件应变传递效率,减小传感系统形状重建位置误差,从而提高光纤形状传感器的形状重建定位精度。     

FBG应变传感系统在巷道涌水模型试验中的研究

针对传统的电类应变传感器防水性能差、测量精度低和不能满足巷道涌水模型试验的需要等问题,基于模型相似材料研制了一种新型光纤光栅(FBG)应变传感器。采用波分复用(WDM)技术和Fabry-Perot(F-P)腔解调技术组成FBG应变传感网络,并编写了具有实时显示和自动预警功能的系统软件。将该系统用在巷道涌水模型试验中,在巷道周围布置了14个FBG应变传感器,对巷道推进过程以及模型加载和巷道扩挖过程中围岩应变进行实时监测。试验结果表明,设计的FBG应变监测系统测量精度高,防水性能强,并且提前4 206 s成功捕获了巷道涌水前兆信息,为预测煤矿矿等涌水事故提供了一种新的有效手段。     

基于FBG储能锂离子电池的温度与应变监测技术的研究进展

锂离子电池因其高能量密度、环保性和长循环寿命等优点,近年来已广泛用于各种储能应用。然而,储能电池运行安全问题频繁发生,稳定性和可靠性等方面仍需改进。目前,检测锂离子电池温度和应变的方法主要包括热电偶温度传感器、电阻温度传感器和电阻应变计等。然而,这些方法存在一些限制,例如不能全面测量电池整体温度,以及传感器尺寸较大,难以嵌入电池内部。在此基础上介绍了几种基于FBG的储能锂离子电池温度与应变监测技术,同时比较了它们之间的优点和缺点,最后总结并展望了FBG在锂离子电池温度与应变监测中的发展前景。     

具有温度补偿功能的等应变梁双FBG真空静电电压传感器

为了实现高电压的精确测量,提出了一种具有温 度补偿功能的光纤布拉格光栅(FBG)真空静电电压 传感器。基于所设计的真空静电传感器 构建了高压静电电压传感实验系统,实现了静电电压的精确测量;同时,利用参数一致的双 FBG结构方案,实现 了传感器的温度补偿功能。实验结果表明:本文传感器可实现5～39 kV直流高压和交流高压有效值的测量,并且 能够达到较高的精度,5～12 kV的计算精度为1.25%,12～39kV的计算精度为0.55%,传感 曲线的拟合度为 0.99976。本文构建的系统,抗干扰能力强、精度高和 稳定性好。     

基于FBG的复合材料环形构件残余应变研究

为了解决因碳纤维/环氧树脂复合材料构件中树脂基体与碳纤维间的热膨胀系数存在差异, 热压成型后, 内部未释放的残余应力会使材料构件发生残余应变, 造成构件变形、影响制品质量的问题, 采用光纤布喇格光栅(FBG)传感器在线监测实验研究和有限元仿真分析相结合的研究方法, 进行了理论分析和实验验证, 采集了碳纤维/环氧树脂复合材料环形构件热压罐成型后表面残余应变变化实时数据。结果表明, 该构件下法兰根部应变释放情况复杂, 靠近支承位置处的残余应变释放受阻, 而其余监测点位的残余应变普遍在30με~90με的范围内, 与仿真结果相符; FBG传感器能对构件成型后残余应变释放历程进行多点位实时在线监测, 并实现对构件整体应变分布的分析和预警。该研究具有一定科学研究和工程应用意义。     

基于FBG阵列的滑动探测系统设计

为了实现机械结构中夹持状态的实时监测,避免施力过大造成损坏或施力过小造成滑落,设计了一种基于FBG阵列的滑动探测系统。利用正交分布FBG阵列实现对不同方向滑动的感知,通过解算各位置上FBG波长偏移量完成对目标位置与滑动状态的分析。给出了系统结构设计及计算方法,仿真分析了不同参数的FBG对物体的滑动测试效果。仿真结果显示,采用lFBG=10 mm,h=4 mm的参数选择可以在保证空间分辨精度的基础上达到最大灵敏度。实验中,传感单元采用60 mm×40 mm×10 mm的硅胶体构成,内部预埋5个FBG构成传感阵列。实验结果显示,在x轴和y轴方向上,其灵敏度分别为0.0051 nm/N和0.0063 nm/N。FBG波长偏移量的变化曲线可以明确表征在传感模块上被测物的状态(静止、开始滑动、稳定滑动)。针对不同滑动速度进行了测试,FBG产生的波长偏移量变化所占时长与滑动时长成比例,即可通过波形完成滑动时长的解算。     

Research on wind turbine blade damage based on pre-stressed FBG strain sensors

One of the essential parts of a wind power generator that captures wind energy is the wind turbine blade. The safety of the blades rapidly declines as a wind turbine''s operating period grows. For real-time monitoring, a chip-type pre-stressed fiber Bragg grating (FBG) strain sensor was fabricated. The sensor''s structure was improved using simulation analysis along with optimization. It was discovered through calibration trials that the pre-stressing method expanded the sensor''s range of measurement, guaranteed overall linearity, and prevented the potential hysteresis phenomena during compression. The sensor''s final sensitivity was calculated to be 1.970 pm/με, and its linear fitting coefficient was 0.999. Finally, the sensor was used to monitor the wind turbine blades and the strain change curve of the root of a normally functioning blade is found to be a sine curve, which provides a certain reference value for judging whether the blade is damaged in the future.     

一种新的灵敏度可调谐FBG解凋技术

实验研究了一种基于机械微应变引入长周期光纤光栅(LPFG)的灵敏度可调谐的光纤布拉格光栅(FBG)应变传感系统.利用机械线加工技术设计了周期性压力槽,通过螺旋微位移结构定量推进弹簧进而对光纤施加径向压力,写制出谐振峰值可调谐的LPFG.紫外激光写入技术制作的FBG的波长位于LPFG的谐振边带范围内时,利用该LPFG作为透射滤波器实现了一种新的灵敏度可调谐FBG应变传感系统.实验分析了施加在LPFG上的压力由20 N调节至60 N时对FBG施加O～3000με的灵敏度可调谐传感实验结果,FBG传感系统光功率变化率由0.802 nW/με增加到1.204 nW/με.     

基于ARM的FBG和F-P通用解调系统的研究

提出一套以ARM处理器为核心的FBG传感器和光线F-P传感器通用解调方案。介绍了基于可调F-P滤波器的传感器解调原理及系统组成结构,搭建光路系统,设计系统电路。系统采用C语言,通过软件ADS2.1进行编程。实验验证,解调系统的测量精度和运算速度能够满足工程应用需要,是一种低成本,便携式的解调系统。     

基于F-P滤波器的光纤光栅解调中寻峰算法分析

设计了基于F-P滤波器的FBG传感解调系统,分别利用质心法、最小二乘法、高斯多项式法和半峰法对FBG反射波谱进行寻峰处理,并对这四种典型寻峰算法效果进行研究和分析。     

800 nm FBG sensing interrogation system based on tilted FBG

An 800 nm band fiber Bragg grating sensing interrogation system using tilted FBG as the core wavelength division component is presented. A charge coupled device (CCD) linear array is put on the focal plane of the lens to detect the light. TFBG is used to tap light out of the fiber core to fiber cladding. The sensing wavelength is 795 to 830 nm,with accuracy of 20 pm and scan speed 100 Hz. Using FBG sensor,we achieve the temperature sensitivity of 1.8 ℃ and strain sensitivity of 18 με.     

80nm FBG sensing interrogation system based on tilted FBG

An 800 nm band fiber Bragg grating sensing interrogation system using tilted FBG as the core wavelength division component is presented. A charge coupled device （CCD） linear array is put on the focal plane of the lens to detect the light. TFBG is used to tap light out of the fiber core to fiber cladding. The sensing wavelength is 795 to 830 nm, with accuracy of 20 pm and scan speed 100Hz. Using FBG sensor, we achieve the temperature sensitivity of 1.8 ℃ and strain sensitivity of 18 με.