光纖Bragg光柵濕度傳感器

第37卷，增刊紅外與激光工程2008年4月 vol.37supplementinfraredandlaserengineeringapr.2008 收稿日期：2008-03-20 基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（50775180），西安理工大學(xué)特色研究計(jì)劃（102-210614） 作者簡介：魏穎(1981-)，女，河北蠡縣人，碩士，主要研究方向?yàn)楣怆姕y量技術(shù)。email:weiying0312@126.com 導(dǎo)師簡介：焦明星(1962-)，男，陜西高陵人，博士，教授，博士生導(dǎo)師、主要研究方向?yàn)榧す鈧鞲信c測量技術(shù)方面。email:jiaomx@xaut.edu.cn 保偏光纖bragg光柵傳感特性的實(shí)驗(yàn)研究 魏穎，焦明星

　第25卷第3期　　　　　　　　　　　　　　應(yīng)　用　激　光　　　　　　　　　　　　　　　vol.25,no.3 　2005年6月　　　　　　　　　　　　　　　　appliedlaser　　　　　　　　　　　　　　　june2005 f-p光纖傳感器及光纖bragg光柵傳感器 應(yīng)用于光纖智能夾層的研究 3 蘆吉云　梁大開　李東升　潘曉文 (南京航空航天大學(xué)航空科技智能材料與結(jié)構(gòu)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,　南京210016) 　　提要　本文對(duì)嵌入f-p光纖傳感器和bragg光柵光纖傳感器的光纖智能夾層進(jìn)行了研究,實(shí)現(xiàn)了對(duì)應(yīng)變的測量。通過 對(duì)光纖智能夾層的理論分析和試驗(yàn)研究,分析了應(yīng)變對(duì)傳感系數(shù)的影響,研究了f-p光纖傳感器檢測的應(yīng)變與所受的載荷 及bragg光柵傳感器波長變化量與應(yīng)變之間的關(guān)系。

光纖Bragg光柵傳感原理及增敏技術(shù)

光纖光柵傳感器光纖光柵傳感器

提出了一種基于光纖bragg光柵的溫度傳感器,闡述了光纖bragg光柵的溫度傳感機(jī)理,用2個(gè)相同的光纖bragg光柵構(gòu)成折疊式mach-zehnder(m-z)干涉儀,其中一個(gè)光柵作為參考臂,另一個(gè)作為傳感臂:采用外差探測技術(shù)來測量外界的溫度物理量。當(dāng)溫度發(fā)生變化,bragg光柵的波長也隨之改變。外差探測用來探測傳感臂和參考臂由于溫度變化引起的輸出信號(hào)的頻率差異。對(duì)其動(dòng)態(tài)測量范圍和靈敏度也進(jìn)行了分析。

為了克服傳統(tǒng)電測法在鉆井井壁監(jiān)測中的缺陷,根據(jù)鉆井井壁施工工藝和地質(zhì)條件等,提出了井壁節(jié)數(shù)及傳感器布設(shè)方案,并采用光纖bragg光柵傳感器(fbg)對(duì)唐山溫家莊鐵礦鉆井井壁下沉過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,監(jiān)測內(nèi)容為井壁外壁所受壓力、混凝土應(yīng)變以及鋼筋應(yīng)力,并對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)處理分析,分析結(jié)果表明:fbg對(duì)鉆井井壁的監(jiān)測數(shù)據(jù)可達(dá)理論值的95%～98%,監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地反映鉆井井壁受力變化情況,保證了監(jiān)測的可靠性、穩(wěn)定性與重復(fù)性。

押概述了光纖bragg光柵傳感器(fbg)的組成、原理、類型及特點(diǎn),介紹了目前光纖bragg光柵傳感器在水電工程中的研究以及國內(nèi)應(yīng)用實(shí)例。分析了現(xiàn)有應(yīng)用的不足之處,指出了光纖bragg光柵傳感器在大壩安全監(jiān)測中的應(yīng)用及前景。

研究了光纖bragg光柵封裝工藝,提出并實(shí)現(xiàn)了兩種封裝光纖bragg光柵傳感器:工字型鋼管封裝光纖bragg光柵應(yīng)變傳感器及鋼管封裝光纖bragg溫度傳感器。研究了傳感器的埋設(shè)工藝,采用金屬絲固定法、鋼管抽出法兩種方法進(jìn)行了埋設(shè)。將它們埋入到鋼筋混凝土梁中,實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土的拉、壓應(yīng)變及溫度的測量。結(jié)果顯示,在試驗(yàn)梁彈性階段,可以較為準(zhǔn)確的監(jiān)測混凝土應(yīng)變。

針對(duì)錨桿檢測問題,提出了采用光纖bragg光柵傳感技術(shù)進(jìn)行錨桿監(jiān)測的新方案,詳細(xì)介紹了光纖bragg光柵錨桿監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理及主要構(gòu)成,進(jìn)行了工程現(xiàn)場與常規(guī)技術(shù)的對(duì)比實(shí)驗(yàn).結(jié)果表明:光纖bragg光柵傳感器具有精度高、能測量絕對(duì)數(shù)值、抗干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單和長期穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn),可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測,具有極大的應(yīng)用和發(fā)展前景.

在介紹光纖bragg光柵(fbg)傳感原理的基礎(chǔ)上,闡述了fbg在水布埡工程錨桿上的應(yīng)用,包括傳感器的布設(shè)、安裝工藝、張拉測試等。分析了光纖光柵傳感器在錨桿、錨索等工程上的應(yīng)用前景。

在介紹光纖bragg光柵(fbg)傳感原理的基礎(chǔ)上,闡述了fbg在系桿拱橋索力長期監(jiān)測工程上的應(yīng)用,包括傳感器的布設(shè)、安裝工藝、索力測試等。經(jīng)分析光纖光柵傳感器在橋梁監(jiān)測工程上具有極大的應(yīng)用前景。

密度可以解釋熔融金屬的性質(zhì)和行為,密度的變化特征反映了熔融金屬內(nèi)部原子距離和配位數(shù)等的基本變化。研制了一種測量熔融金屬密度的浮子式光纖bragg光柵傳感器,浸沒在熔融金屬中的浮子受浮力作用,通過傳遞桿、等臂杠桿及連桿,拉動(dòng)等強(qiáng)度懸臂梁產(chǎn)生擾度變化,根據(jù)檢測粘貼在等強(qiáng)度懸臂梁表面的光纖bragg光柵中心波長移位值,測出浮力值,進(jìn)而檢測熔融金屬密度。該傳感器的理論靈敏度為0.115pm/(kg/m3),4次實(shí)驗(yàn)得到熔融金屬的平均密度為7.574×103kg/m3,略小于理論密度7.621×103kg/m3,相對(duì)誤差為0.62,均方根誤差為117.371kg/m3。

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論述了采用布拉格光柵對(duì)應(yīng)變進(jìn)行傳感的理論和方法,得出了布拉格中心波長與應(yīng)變之間的理論關(guān)系式,并實(shí)際監(jiān)測了寧波市招寶山大橋在車輛載荷下的應(yīng)變.監(jiān)測結(jié)果表明:光纖bragg光柵可以方便地監(jiān)測大橋的疲勞損傷,為橋梁結(jié)構(gòu)的健康診斷提供了相應(yīng)的依據(jù).

光纖光柵傳感器除具有一般普通光纖傳感器體積小、靈敏度高、帶寬寬、抗電磁干擾能力強(qiáng)和耐腐蝕外,還具有易集成、本征自相干性好、波長編碼、可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測量和分布式測量等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),近年已成為新型傳感及國際智能結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn).文章介紹了光纖bragg光柵傳感器的基本原理,綜述了其在國外船舶結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用,分析了光纖bragg光柵傳感器在信息化智能艦船中能起到的作用和在智能船舶結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù).

利用復(fù)合材料封裝光纖bragg光柵(fbg)設(shè)計(jì)制作了用于測量高速碰撞或爆炸與沖擊作用下混凝土內(nèi)部動(dòng)態(tài)應(yīng)變的fbg應(yīng)變傳感器。在霍普金森壓桿上對(duì)fbg在封裝前的裸光柵和封裝后的fbg傳感器分別進(jìn)行了高速?zèng)_擊試驗(yàn),試驗(yàn)表明:設(shè)計(jì)的fbg傳感器的瞬態(tài)響應(yīng)上升時(shí)間小于20μs,具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性,可以用于工程中混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)高速?zèng)_擊下的動(dòng)態(tài)應(yīng)變測試。

設(shè)計(jì)了一種對(duì)外加應(yīng)力應(yīng)變不敏感的光纖光柵溫度傳感器,通過雙層結(jié)構(gòu)消除外加應(yīng)力應(yīng)變對(duì)bragg波長的偏移值影響。建立了光纖光柵溫度傳感器模型中溫度變化量與bragg波長的偏移值的對(duì)應(yīng)關(guān)系。采用水浴法進(jìn)行測溫實(shí)驗(yàn),根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到光纖bragg光柵溫度傳感器的各項(xiàng)靜態(tài)性能指標(biāo)。

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通過對(duì)三種光纖bragg光柵傳感器的實(shí)驗(yàn)研究，得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，表明光纖光柵傳感器用于油庫狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測是可行的。該文介紹了分布式監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域的一種新型技術(shù)——光纖bragg光柵監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，指出了其相對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)所具有的獨(dú)特優(yōu)越性。最后，提出了一種基于光纖bragg光柵傳感技術(shù)的油庫監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。

本文概述了光纖bragg光柵傳感器(fbg)的組成、原理、類型及特點(diǎn),介紹了目前光纖bragg光柵傳感器在國外橋梁工程中的研究及應(yīng)用情況以及國內(nèi)應(yīng)用實(shí)例,并分析了現(xiàn)有應(yīng)用的不足之處,指出了光纖bragg光柵傳感器在橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測應(yīng)用中的發(fā)展方向。

油氣井溫度數(shù)據(jù)在地質(zhì)資料解釋和油氣井監(jiān)測方面作用明顯。但傳統(tǒng)的井溫測量儀器在井溫測量時(shí)存在靈敏度不夠高、不能在極限環(huán)境使用等缺點(diǎn)。光纖bragg光柵溫度傳感器作為新一代溫度測量技術(shù)的代表,具有體積小、質(zhì)量輕、抗輻射等傳統(tǒng)測量儀器無法比擬的優(yōu)勢(shì),本文對(duì)其傳感原理、傳感器結(jié)構(gòu)、應(yīng)用等方面做了闡述。

為了解決紡織工業(yè)中檢測系統(tǒng)和傳感器件可靠性低、壽命低和抗干擾能力差的問題,提出了一種新型的基于光纖光柵技術(shù)的測量紗線張力的傳感器。分析了光纖bragg光柵應(yīng)變傳感器的基本原理并進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明光纖bragg光柵應(yīng)變傳感器具有良好的線性和重復(fù)性,系統(tǒng)靈敏度可以達(dá)到0.01gf。