光纤光栅温度压力同时区分测量技术研究

提出一种基于金属合金薄壁弹性圆筒双光纤Bragg光栅(FBG)温度压力同时区分测量的传感模型。将FBG1和FBG2分别沿着圆筒的轴线方向粘贴在空心段外壁上和底座实心的外壁面上。圆筒内压力和温度的变化将引起FBG1波长的变化,温度的变化引起FBG2波长的变化,通过FBG2对FBG1的温度补偿进行温度和压力的同时区分测量。在100℃内2、0 MPa压力下,实验测得传感器的压力响应灵敏度系数约为0.012 nm/MPa,温度响应灵敏度系数约为0.012 nm/℃。     

新颖的光纤光栅温度压力同时区分测量传感器

提出了一种基于圆柱形容器和活塞结合的双光纤Bragg光栅(FBG)温度和压力同时区分测量的传感模型.将FBG 1和FBG 2粘结在基底材料上,基底材料固定在活塞和圆柱形底部间,圆柱形容器内压力和温度的变化将引起FBG 1波长的变化,圆柱形容器内温度的变化引起FBG 2波长的变化,通过2根光栅的波长漂移来进行温度和压力的区分测量.实验测得该传感器的压力响应灵敏度系数为0.822 3 nm/MPa,温度响应灵敏度系数为0.032 2 nm/℃,分别是裸FBG的274倍和3.2倍.该传感器可以实现10 MPa压力以下、-20～100 ℃温度的液体和气体的高精度同时测量;可以改变基底材料的种类或基底材料和活塞的参数,实现不同灵敏度要求的温度、压力同时测量.     

基于光纤光栅的温度不敏感的倾斜传感器

提出了一种新型光纤Bragg光栅(FBG)的倾斜传感器,其结构由通过4根等长的刻有光栅的光纤悬挂在圆盘上的重物组成,4根光纤与圆盘的粘接点均匀分布在圆盘边缘,每根光纤的另一端共同下拉一重物,使每根FBG的受力均匀.当整个平台倾斜时,每根FBG的受力发生变化,从而导致每根FBG的反射(透射)中心波长发生变化,并通过光谱仪...     

一种新颖的高灵敏度光纤光栅压力传感器

用密封圆柱形容器和活塞封存一些气体,将光栅的两端分别粘在容器和塞子上。外界压力变化导致光栅所受拉力的变化,从而实现对外界压力的检测。该传感器压力灵敏系数可达-0.696/MPa,是裸光纤的3.515×105倍,其线性度为0.9989。     

一种高灵敏度光纤光栅压力传感器

为测量管路中的液体压力,设计了一种基于L型梁的高灵敏度光纤Bragg光栅(FBG)压力传感器。通过将FBG粘贴于L型梁上,当压力作用于一端为锥台结构的活塞上时,活塞将通过锥台推动L型梁发生弯曲,从而使FBG产生应变。基于本文结构的FBG压力传感器可用于测量管路中的液体压力,并具有较高的压力灵敏度。实验结果表明,本文传感器在0～6 MPa范围内的压力灵敏度为4.97×10-4 MPa-1,约为裸栅的251倍,且具有良好的线性度和可重复性。     

基于双材料悬臂梁的光纤光栅应力与温度传感器

设计了一种新型的悬臂梁结构,采用单根光纤Bragg光栅(FBG)实现温度和应力同时测量的传感器方案.传感器使用了由两种有机聚合物材料加工成的等强度悬臂梁,解决了FBG应用于压力和温度测量时的交叉敏感问题.传感器在压力和温度同时作用下,FBG反射谱分裂成双峰结构.通过测量反射谱中的双峰峰值波长达到温度与应力同时测量的目的...     

基于弹性薄片封装的高灵敏度光纤光栅压力传感器

为满足水深高精度测量,基于弹性薄片封装,研制了一种新型光纤Bragg光栅(FBG)压力增敏传感器,分析了其工作机理,并进行了水压测试.结果表明,封装后的FBG静水压灵敏度为33.6 nm/MPa,是封装前压力灵敏度的10700倍,其液位测量的灵敏度为3.36 pm/cm.研究表明:对探头的材料和尺寸进行适当的调整,可实...     

应力测量的光纤光栅调谐技术的研究

光纤光栅波长调谐在光纤传感领域中具有重要意义和实用价值。从理论上分析了基于悬臂梁的光纤光栅波长调谐的基本原理,阐述了等强度悬臂梁调谐技术及其特点。基于光谱分析仪0.1nm的光谱分辨率的测量,实验结果与理论分析一致。实验装置构形简单、成本低,有较好的线性,易于定标和操作。     

基于靶式和悬臂梁的FBG流量/温度同时测量研究

提出一种基于靶式结构和悬臂梁结合的新型流量/温度同时测量的光纤Bragg光栅(FBG)传感器。当流体流过传感器,流速的变化引起圆形靶产生应变,应变传递到等强度悬臂梁1上,进而引起粘贴其上的FBG1波长发生改变,而粘贴在悬臂梁2上的FBG2波长不发生改变;流体温度发生变化会引起FBG1、FBG2波长同时发生改变,且波长改变相同;通过测量两光栅的波长,得到流体的流量和温度。在水和蓖麻油实验得到:传感器的流量测量范围分别是400～2200cm3/s和700～1800cm3/s,温度测量范围是0～100℃。     

光纤光栅传感器阵列化与温度补偿研究

利用啁啾光纤Bragg光栅（FBG）反射和长周期FBG边沿滤波，提出并实现了一种综合的FBG传感快速解调方案。封装1对FBG进行应变差动传感、同时消除温度影响，不增加波长资源占用并使应变灵敏度得到有效提高，温度影响在很大范围内几乎为0。在全光纤化解调温度补偿型传感的基础上，研究了两路时分复用的设计方法，给出了时分链路间延迟光纤与光脉冲和解调端时分选通门的关系，实验结果与理论分析吻合。     

FBG嵌入型光纤Sagnac环的窄道空间微流速和温度测量系统

提出了一种光纤布拉格光栅(FBG)嵌入型光纤Sagna c环的窄道空间微流速和温度测量系统,其由传统光纤Sagnac环和嵌入光纤Sagnac环中的FBG 组成。光纤Sagnac环中的保偏光纤(PMF)受到的侧压 力会随着微流体流速的不同而发生变化,通过监测光纤Sagnac输出干涉峰的漂移实现对微 流速的测量。此外,嵌入光纤Sagnac环中的FBG对温度有较高的响应灵敏度,可以实现环 境温度的监测。实 验过程中,用毛细管模拟窄道空间,将光纤Sagnac环中的PMF置于毛细管内部,用 微流泵获得一定范 围的微流速。实验结果表明,当微流体的微流速在0～450μm/min范 围内变化时,光纤Sagnac环输出的干涉谱 向短波方向漂移;由监测波长1522.47544.64nm处的谐振峰可知,测量的微流速平均灵敏 度分别为 5.59pm/(μm/min);实时监测环境温 度的结果表明,在20～45℃范围内,FBG的温 度灵敏度为9.74pm/℃。本文传感器具有测量范围大、灵敏度高、结 构简单和成本低等优点,特别适用于微通道如生物血管等方面。     

单光纤光栅对温度与应变的同步测量

提出了一种采用单光纤布拉格光栅(FBG)进行温度与应变同步测量的新颖设计。一根FBG被分成等长的两部分,用环氧胶水涂敷在其中一部分的表面,再套上金属套管,此时可以看成具有不同的布拉格波长的2个FBG,利用它们之间不同的杨氏模量和热膨胀系数,应变和温度能够同步测量。实验结果表明,在2700με和75℃的测量范围内,可以达到约6.1με和1.0℃的应变和温度精确度,误差主要来源于光谱仪分辨率的限制和FBG其中一部分的胶水涂抹不够均匀,通过使用高分辨率的解调仪和提高胶水涂抹工艺可得到更高的测量精确度。     

一种改进的膜片式FBG压力传感器的研究

报道了一种改进的膜片式光纤布拉格光栅(FBG)压力传感器,采用特殊的膜片结构和凸台固定光纤的方式,解决了在以往膜片式光纤压力传感器中存在的栅区应力不均匀问题。对在不同固定方式下栅区的应力状态进行了理论分析。实验结果表明,该种传感器的灵敏度为14.81nm/MPa,在0.0～0.3MPa的量程内线性度在0.99以上,未出现光谱展宽现象。     

基于聚酰亚胺材料的FBG湿度传感特性研究

提出了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)侧面镀膜感湿的新型全光纤湿度计,选取具有高湿敏特性和线膨胀系数(9.432×10-5%RH)的改性聚酰亚胺(PI)作为湿敏材料。通过在FBG侧面涂覆5种不同厚度的PI薄膜,检测厚度对传感器灵敏度和响应时间的影响,实验结果与理论计算符合很好,通过测试,PI薄膜厚为21μm时,传感器的湿度灵敏度为2.67×10-6/%RH,响应时间小于8s,有很好的实际应用前景。     

光纤Bragg光栅应变、温度区分测量方法研究

分析了光纤Bragg光栅应变和温度交叉敏感的物理机制,将目前存在的多种解决方案归纳为三类,即:矩阵运算法、参考FBG法、采用两个包层直径不同的FBG法,并全面介绍了各种解决方案的原理及优缺点。     

光纤Bragg光栅低频振动传感器的特性研究

设计了一种安装于双圆柱弹性环内并由多条弹性薄片条组装成的桶形骨架作为光纤Bragg光栅(FBG)振动传感器基底的传感结构,振动传感器的谐振频率为440Hz,加速度灵敏度约为76.4pm/g,采用相位载波调制式FBG振动传感器解调系统进行解调。实验结果表明,本文传感器经双圆柱弹性环对横向振动约束处理后,其幅频特性在20～300Hz频率范围内呈现出平坦的水平直线,对应于位相角φ=0处的相频特性曲线也呈现出平坦的水平直线,适合于工程技术中20～300Hz的振动信号实时检测。     

基于FBG振弦的加速度传感器优化设计及试验研究

研究了一种光纤振弦式的光纤Bragg光栅(FBG)加速 度传感器,设计了一 种新颖的高灵敏、可调整的光纤质量块振动结构。根据传感器的预期性能指标,通过有限元 模拟分析,优 化了结构尺寸。经过振动台标定实验,传感器的灵敏度可达108.6pm /g(100Hz),线 性响应误差低于2.5%,重复性误差低于0.03% ,共振频率约为250Hz。其实验标定的灵敏度和共振频率与有限元模 拟的 结果相吻合。最后进行了柴油发动机缸盖振动测试,试验表明,本文制作的传感器可在线监 测发动机工作状态下缸盖振动的加速度变化,可应用于发动机振动的试验。