动态激励下的FBG应变传感器原位校准方法

针对光纤光栅应变传感器测量桥梁结构动态应变值的准确性问题,提出了一种动态激励下的光纤光栅应变传感器的校准方法。采用等强度悬臂梁模拟桥梁结构,在等强度悬臂梁末端瞬间悬挂不同重量的砝码来模拟桥梁上汽车产生的动态激励。以电阻应变片作为参考传感器,光纤光栅应变传感器作为待校准传感器,将这两个传感器的测量数据序列进行比对。针对传感器的测量数据序列出现的时间错位问题,采用互相关算法对参考传感器和待校准传感器的测量数据进行数据匹配。在光纤光栅应变传感器有初始值的情况下进行测量值校准的研究。实验结果表明,该方法有效解决了测量数据序列的时间错位问题,实现了光纤光栅应变传感器的动态校准,采用不同重量的砝码作为激励源对校准结果没有影响,1529 nm和1547 nm波长的光纤光栅应变传感器灵敏度校准系数与静态标定结果基本一致。     

液氮温区下光纤布拉格光栅应变传感器测量性能的研究

基于光纤布拉格光栅传感器的原理,研究了在液氮浸泡情况下光纤布拉格光栅应变传感器的静态传输特性.实验过程中利用悬臂梁原理和美国Micron Optics公司生产的光栅波长可调谐激光扫描法解调系统,分别测量了液氮浸泡中的悬臂梁的正应变和负应变,确定了在液氮温度下悬臂梁应变与光纤光栅波长偏移量之间的关系.为测量高温超导磁体的应变提供了新的方法.     

柔性固体燃料弹性模量测试的实验研究

利用砝码对柔性固体燃料试件加载,并采用光纤法珀应变传感器对试件进行应变测试;结合砝码重量和测得应变计算出燃料试件弹性模量.测量的标准差为23.04 MPa,在误差允许的范围内,离散度可以接受.实验表明：用光纤法珀应变传感器测量柔性固体燃料的弹性模量是可行的.     

高灵敏度双光纤布拉格光栅应变传感实验教学系统

设计了基于双光纤布拉格光栅(FBG)的高灵敏度应变光纤传感实验教学系统.两只具有不同反射中心波长(1 546.209 nm和1 541.713 nm)的FBG串联熔接后,分别黏贴于等强度悬臂梁的上表面与下表面.通过测量两只FBG的反射中心波长差值与等强度悬臂梁应变量的关系,实现对应变量的传感测量.仿真结果显示,双FBG应变传感的灵敏度为单FBG应变传感的2倍,且具有温度自补偿特性.实验结果验证了仿真分析的结论,测得双FBG应变传感的灵敏度为2.10 pm/με,且传感测量准确性不受环境温度变化影响.     

差动式光纤Bragg光栅沉降仪

研制了一种测量地表沉降变形的差动式光纤Bragg光栅沉降仪。等强度悬臂梁的底部固定于工地上的固定平台,顶端通过刃口、挂钩和连杆与沉降墩连接。在该测量中,沉降仪将沉降墩的地沉降量转换为悬臂梁的挠度。悬臂梁作用粘贴于其上下表面的光纤Bragg光栅产生应变,即传感光栅的Bragg波长产生了移位。对粘贴在悬臂梁上、下表面的传感光栅的Bragg波长进行差动运算,实现温度补偿,减小人为和气候因素的影响。在挂钩和沉降敦之间采用了螺旋结构连接,可通过调整螺旋或更换不同长度的挂钩来调节传感器的测量范围。荷载实验表明,该沉降仪的测量精度为0.004mm,低于变形测量中的科研级测量精度0.01~0.05mm。     

双三角形结构的光纤光栅压力和温度双参量传感器

为解决压力和温度同时测量时的交叉敏感问题,提出一种基于双三角形悬臂梁结构的光纤光栅压力、温度双参量测量传感器. 在外界压力作用下,光纤布喇格光栅反射谱分裂成双峰结构,悬臂梁的应变调制传感光纤光栅双峰间距,温度变化转变成反射谱整体的移动. 实验结果表明该结构可实现单光栅双参量测量,且具有良好的线性和可重复性.     

光纤光栅应变传感的综合性实验设计

利用光纤布拉格光栅反射波长对外界应变敏感的特性,测量等强度悬臂梁产生的应变,并通过对实验得到的数据进行分析,最终得到光纤光栅反射波长漂移量与应变的关系.     

U形阵列式微机械悬臂梁的研究

为提高悬臂梁的分辨率，实现悬臂梁的多功能性，设计了一种U形阵列式压阻悬臂梁.从理论上对悬臂梁的应力、噪声和灵敏度进行分析，优化了悬臂梁及力敏电阻的几何尺寸.选用多晶硅为力敏材料，基于硅微机械加工技术，制备U形阵列式悬臂梁.测量悬臂梁的噪声及灵敏度，得到多晶硅力敏材料的Hooge因子和应变灵敏度系数，分别为3×10^-3和27.在6V偏压和1000Hz测量带宽条件下，计算悬臂梁的最小可探测位移为0.5nm.同时对多晶硅力敏电阻噪声的产生机理进行了探讨. 关键词： 悬臂梁 噪声 灵敏度 最小可探测位移     

电子秤原型

用电阻应变片、电阻箱和光点反射式检流计搭成桥路.Rx1、Rx2、是同规格的电阻应变片,分别贴在40×3×1mm的钢片两面作温度补偿,钢片的一端固定成悬臂梁,一端挂砝码盘,用来加载. 1.测量电桥灵敏度和指示器灵敏度的乘积决定 通过测量,让学生总结出电桥灵敏度与桥路所加电压、检流计灵敏度、桥臂电阻之间的关系. 2.测量应变 电阻应变片的结构如图2.敏感栅是应变片中把应变量转换成电阻变化量的传感部分,它是用金属丝或半导体材料制成的单丝或栅状体.当应变片所受应力沿应变片的主轴(即栅丝)方向时,应变片的电阻变化率和应变片的应变成正比,即…     

快电子发散角的实验测量

采用飞秒激光辐照铜靶,利用电子角分布仪和LiF热释光探测器测量了快电子发射的发散角.实验结果显示,快电子的发散角与激光入射角密切相关,随着激光入射角增加,快电子的发散角逐渐减小.在相同入射角条件下,加上预脉冲将导致快电子的发散角变小.这个结果为获取较小发散角的快电子束提供了实验参考.     

有附加装置的悬臂梁应变之讨论

本文讨论了附加装置尺寸对悬臂梁纯弯曲时挠度及应变的影响。采用调节电桥电路平衡的方法,可以只读出所施的力使梁产生的挠度及应变。     

光纤光栅称重传感器研究

提出一种基于光纤光栅传感技术的称重系统.用特种粘贴剂将布喇格光纤光栅(FBG)粘贴于悬臂梁的自由端,当悬臂梁自由端受力发生微挠度弯曲时,光纤光栅将沿轴向发生形变,通过监测布喇格光纤光栅传感器反射波长漂移测量悬臂梁的微挠度变化.通过分析悬臂梁结构,建立悬臂梁受力与挠度的数学关系,进而测量出加载在悬臂梁自由端应力的数值.通过对系统结构理论分析和实验验证,该装置称重测量范围达到50千克力,测量灵敏度达到0.05千克力,线性拟合度达到0.9997.     

光纤双向应变-位移点式传感器

选择不同间距的基片自由端和不同长度的自由悬垂光纤研制了利用光纤弯曲损耗的光纤双向应变-位移传感器.该传感器可分别用于测量应变和位移.实验表明:悬臂梁上的应变标准误差约为～26 με.微位移架上的位移标准误差约～0.06 mm.基本满足建筑结构对测量精度的要求.     

Performance evaluation of fiber Bragg grating sensors by digital holographic technique, strain gauge measurement

In view of the growing interest for non-destructive tests of materials, geodynamical monitoring and in general remote sensing, there is a great effort to bring practical optical sensors from research labs to industrial and environmental applications. In this paper, we employ digital holographic technique as an efficient tool for evaluating the strain measurement capability of fiber Bragg gratings (FBG). A cantilever beam has been employed as a test structure under loading test. The strain measurements results obtained by fiber-based sensors have been compared to those obtained by using full-field digital holographic technique and point-wise strain gauge sensors glued on the same cantilever beam. A simple theoretical model is also presented to interpret and compare the experimental results coming from different techniques.     

Accurate measurement of composite laminates deflection using digital speckle pattern interferometry

The modern digital speckle pattern interferometry (DSPI) technique is applied for the accurate measurement of the full-field deflection distribution of a bent composite laminates. Two kinds of powerful phase-shifting methods, phase of differences method (PDM) and difference of phases method (DPM), are described briefly and employed in DSPI to quantitatively extract the phase information, respectively. A comparison of the deflection distributions measured by DPM and PDM indicates that the former has a better measurement accuracy than the latter in laminate's static test experiment.     

非均匀应变场下相移光栅光谱特性及其实验研究

采用传输矩阵法系统研究轴向非均匀应变场下相移光栅光谱特性,对均匀应变、线性应变、二次应变以及三次应变分布下相移光栅反射谱进行仿真,分析应变分布函数各项系数对反射率、通透带宽、透射窗口对应波长以及光谱形状的影响,并得出规律性结论。基于不同形状悬臂梁组建应变调谐实验装置,利用有限元法计算固定于不同形状悬臂梁表面相移光栅栅区应变分布,结合数值计算结果进行相移光栅应变调谐实验,研究相移光栅栅区轴向在均匀应变场、线性应变场以及二次应变场下相移光栅的反射光谱,实验结果表明在不同应变场下相移光栅反射谱呈现规律性变化,与仿真结果很好吻合。     

平面冲击波高速撞击下Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5大块非晶合金的损伤与断裂

 利用二级轻气炮研究了在平面冲击波高速撞击下，Zr₄₁Ti₁₄Cu_12.5Ni₁₀Be_22.5大块非晶合金的损伤与断裂行为。实验结果表明：在高速冲击压缩下，大块非晶合金断裂面的角度小于通常压缩情况的角度，这是由高速撞击下材料极高的应变速率决定的；极高的应变速率变形和局域绝热剪切加热造成局部熔化；在温度和压力的共同作用下，非晶合金发生晶化现象。     

一种新颖的温度补偿光纤光栅应力传感测量技术

分析了光纤Bragg光栅的应变响应原理,通过实验观察光纤光栅粘贴在厚度不均的悬臂梁上产生的双峰响应,证明悬臂梁结构的不均匀会使整个光纤光栅受到不同的应力而产生两个反射峰,并且两个反射峰之间的距离随着应力的增加呈线性变化。实验中,当载荷为200g时,两个反射峰之间距离达到0.16nm,而温度变化不会引起两个反射峰之间的变化。利用这种结构的封装,可以克服光纤光栅对温度和应力交叉敏感的问题,消除温度变化引起的应力测量误差,实现一个光纤光栅对应力单参量的测量。