光纖布拉格光柵和壓電轉換器的電功率傳感器英文

提出了一種基于fpga與dsp平臺的光纖布拉格光柵傳感分析儀,將外界參量的變化轉化為光纖布拉格光柵波長的偏移,通過數(shù)據(jù)采集、過濾雜波、信號波峰檢測、高斯曲線擬合以及加權波長計算等關鍵步驟來實現(xiàn)波長解調技術,進而完成溫度、應變、壓力或位移等對象的在線測量,并且可以實現(xiàn)光纖線路故障分析與定位的功能。實驗結果表明:該系統(tǒng)功耗低、線性度好、波長解調精度與分辨率較高。經(jīng)過長期測試,系統(tǒng)軟硬件運行穩(wěn)定可靠。

介紹了光纖布拉格光柵傳感器測溫的基本原理以及一些布拉格光纖的封裝方法,在此基礎之上探討了一種新型的布拉格光纖光柵的封裝方法即用鋼條對布拉格光纖光柵進行封裝,并通過實驗對祼光柵和封裝后光柵的溫度特性進行了研究.實驗采用了恒溫水浴裝置,在25℃至70℃溫度范圍使用了中心波長為1530.5nm的光纖布拉格光柵進行測量.先進行了祼光柵的測量,在光柵封裝之后又進行了測量.實驗結果表明,光纖光柵在封裝之后溫度靈敏度為裸光柵的2.5倍.其線性擬合度達到0.996.

根據(jù)彈性力學和邊界條件,得出了光纖布拉格光柵(fbg)傳感器應變測量值與基體材料實際應變的關系方程。通過裸光柵直埋基體材料界面?zhèn)鬟f的特征系數(shù),可表征和計算fbg檢測應變與測點實際應變的誤差及修正系數(shù)。并對固化于cfrp的fbg變傳感特性進行了實驗研究。結果表明:fbgbragg波長對應變表現(xiàn)出很好的線性和重復性。用電阻應變儀對fbg傳感器應變傳感特性進行實驗對比標定,得出了表征fbg性能的應變傳感靈敏系數(shù)。fbg傳感器具有優(yōu)異的應變傳感特性,為先進智能復合材料的研發(fā)與應用提供了依據(jù)。

設計了一種基于雙光纖布拉格光柵的新型流速傳感器,它包括雙光纖光柵壓強傳感機構和文丘里管。導出了雙光纖布拉格光柵的波長漂移差與流速的關系。壓強傳感機構中的密閉鋁箔管橫截面兩邊的壓力差導致等腰三角形懸臂梁變形,從而導致安裝在懸臂梁兩邊的光纖布拉格光柵的布拉格波長漂移。通過檢測兩個布拉格光柵的波長漂移差,得到被測流體的流速。雙光纖布拉格光柵通過補償溫度效應,解決了光纖布拉格光柵傳感器的交叉敏感問題。該流速傳感器的動態(tài)測量范圍為8～200mm/s。實驗表明,雙光纖布拉格光柵的中心波長隨流速的增加分別向長波和短波方向漂移,而帶寬幾乎不變,實驗和理論符合得較好,該設計方案是切實可行的。

基于光纖布拉格光柵傳感器的基本原理,對在土木工程中的應用作了詳細的闡述;為進一步了解其性能,對布拉格光柵應變傳感器進行了抗電磁干擾、抗零飄、重復性等性能進行測試,并與傳統(tǒng)的電阻應變片做了對比,顯示了令人滿意的效果,為工程健康監(jiān)測應用指出了廣闊的前景。

對采用光纖布拉格光柵(fbg)傳感器網(wǎng)絡監(jiān)測某飛機機翼盒段外加載荷位置信息進行了研究。研究了fbg傳感器網(wǎng)絡中傳感器失效對外加載荷位置識別精度的影響程度;針對傳統(tǒng)fbg傳感器網(wǎng)絡拓撲結構可靠性低的缺點,引入光開關,設計了一種具有更高可靠性的傳感器網(wǎng)絡拓撲結構,并對這兩種網(wǎng)絡結構的可靠性進行了研究。結果表明,新傳感器網(wǎng)絡的可靠性明顯高于傳統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡的可靠性。單個傳感器的失效概率不同,兩種傳感器網(wǎng)絡可靠性差別也不同;當單個元器件的失效概率在0.001~0.01之間變動時,若系統(tǒng)允許外加載荷位置識別誤差在5mm內(nèi),則新傳感器網(wǎng)絡的失效率降為傳統(tǒng)網(wǎng)絡失效率的50%;若系統(tǒng)允許外加載荷位置識別誤差在10mm內(nèi),則新傳感器網(wǎng)絡的失效率至少降低為傳統(tǒng)網(wǎng)絡失效率的12.5%。

在對光纖布拉格光柵應變傳感原理分析的基礎上,提出了一種易實用化的,能夠實現(xiàn)武器彈丸炮口初速測試的方法,介紹了系統(tǒng)的基本組成,對光柵布拉格傳感器彈丸炮口速度測試原理和方法進行了分析.和傳統(tǒng)的測試方法比較,該測試方法能夠實時連續(xù)測量火炮發(fā)射時每發(fā)彈丸的炮口初速,可以用于彈藥可編程引信的實時裝定,提高空爆彈藥的殺傷力,也可以用于對火炮身管壽命的分析.

為了實現(xiàn)光纖布拉格光柵(fbg)加速度信號的準確測量,提出了一種新穎的雙懸梁fbg加速度傳感器。設計了傳感器的結構及封裝方法,理論分析了傳感器的工作原理。實驗研究了傳感器的線性響應、溫度響應、共振頻率和方向抗干擾特性,結果表明,傳感器的加速度響應靈敏度為7.81pm/m/s2,相對誤差為2.62%,加速度與波長具有較好的線性關系,線性度為99.8%;在67.5～27.5℃內(nèi)進行了溫度補償實驗,能有效消除溫度的影響;傳感器具有較好的平坦區(qū)和較強的抗干擾能力。

光纖傳感器作為一種線性的測試儀器,應用于巖土工程領域時,較傳統(tǒng)傳感器有更多的優(yōu)越性和更加廣泛的應用前景。介紹了光纖bragg傳感器的工作原理及應用,并通過混凝土試件的加載試驗,對fbg應變傳感器和電阻應變計量測混凝土的應變測量進行了比較。提出準分布式光纖光柵傳感器在現(xiàn)場應用及實驗室中將得到更加廣泛的應用。

基于光纖布拉格光柵傳感模型,提出了一種懸臂梁與波登管相結合的光纖光柵壓強傳感器的組合設計,推導了光纖布拉格光柵中心波長偏移量與壓強之間的解析關系式。理論和實驗結果表明,壓強調諧光纖布拉格波長的靈敏度系數(shù)的理論值與實驗值分別為0.2246nm/mpa、0.2218nm/mpa,在0~6mpa測壓范圍內(nèi),調諧范圍為1.35nm.

目前,把光能直接變?yōu)殡娔苤饕抢霉夥骷?。這種器件又有多種形式,其理論效率20%左右,而實際效率僅約10%。各種植物的綠葉或藻類細胞含有某種結構,能把光子能轉換為包含碳、氫、氧和少量其他元素(如鎂)的化學能。這種過程就是光合作用,這也是光化轉換的一種方式。其他一些利用光電化學能直接產(chǎn)生電能的方法,其效率為6%到7%,理論效率也只有20%。美國的alvinm.marks發(fā)明了一種和普通光電池根本不同的光電功率轉換器。它利用微型偶極天線陣和微型整流器,將光子能直接變?yōu)橹绷麟娔?可將轉換效率提高到75%。

光纖光柵傳感器光纖光柵傳感器

提出了基于可調激光器和聲光脈沖調制的光纖布拉格光柵(fbg)傳感系統(tǒng),同時利用摻鉺光纖放大器(edfa)和拉曼放大相結合的放大方案大幅度提高了光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)的傳輸距離,達到了300km的超長距離傳感。該系統(tǒng)通過前端的edfa和末端的拉曼泵浦光源來補償光纖布拉格光柵反射的光功率。系統(tǒng)在低于275km長度時獲得了大于15db的優(yōu)良信噪比;在300km處獲得了4db的信噪比,以及明顯的反射信號。系統(tǒng)在100,200,250,300km處的靜態(tài)應變實驗中,線性度均達到了0.999以上。系統(tǒng)可望在鐵道、輸油(氣)管道、海岸線等的超長距離遙測中得到廣泛應用。

本文從理論上研究和分析了一種基于otdr和tdm技術的新型光纖布拉格光柵復用方法的復用能力。這種方法可以在同一根光纖上復用成百個全同的低反射率布拉格光柵,從而使布拉格光柵傳感器在航空航天健康監(jiān)測領域得到更廣泛的應用。分析表明,當布拉格光柵的反射率足夠低時,系統(tǒng)的復用能力可以大大提高。因此,基于這種復用方法,可以實現(xiàn)廉價的大規(guī)模分布傳感系統(tǒng)。在評價這種系統(tǒng)的復用能力時,我們第一次提出應該考慮光柵間多次反射光的干涉效應的影響。

根據(jù)耦合模理論,數(shù)值模擬了多模光纖布拉格光柵的傾斜角度對纖芯基模向纖芯高階模式的轉換問題.反射光譜的數(shù)值計算中,假定只有l(wèi)p01模式激發(fā)情況下lp01模式與lp11模式的轉換。

闡述了光纖布拉格光柵的幾種解調方法及實驗原理框圖,并介紹了各種解調方法的優(yōu)缺點。

根據(jù)光纖布喇格光柵的光學傳感原理,提出了一種基于懸臂梁及金屬彈性膜片的光纖布喇格光柵沉降傳感器結構,對其傳感特性進行了實驗研究.實驗通過產(chǎn)生水的液位差來模擬地基沉降,分析結果顯示,光纖布喇格光柵中心反射波長漂移對液位差呈現(xiàn)良好的線性關系,線性度高于0.999,靈敏度可達-2.11pm/mm.通過改變懸臂梁厚度和有效長度,可以對傳感器測量范圍和靈敏度進行調整,以滿足各種應用場合.綜合實驗結果,該傳感器在橋梁、鐵路地基等沉降監(jiān)測方面具有重要意義.

提出了一種基于級聯(lián)長周期光纖光柵的光纖布拉格光柵解調系統(tǒng)。級聯(lián)長周期光纖光柵作為邊沿濾波器,利用它的一個線性區(qū)監(jiān)測單個光纖布拉格光柵傳感信號。該系統(tǒng)具有結構簡單、價格低等優(yōu)點,但易受光源抖動及系統(tǒng)其他不穩(wěn)定因素等帶來的系統(tǒng)噪聲的影響。為消除系統(tǒng)噪聲帶來的不利影響,對該系統(tǒng)進行了改進。改進系統(tǒng)利用級聯(lián)長周期光纖光柵的兩個線性區(qū)同時監(jiān)測兩個光纖布拉格光柵傳感信號。分別用原系統(tǒng)及其改進系統(tǒng)對溫度進行監(jiān)測,實驗的溫度測量范圍為-70～-115°c。原系統(tǒng)的靈敏度為0.49mv/°c,溫度分辨率為0.5°c;改進系統(tǒng)的靈敏度為0.86mv/°c,溫度分辨率為0.3°c。實驗結果表明改進系統(tǒng)能有效消除系統(tǒng)噪聲,提高系統(tǒng)的精度。

基于壓電陶瓷的光纖光柵傳感器的設計。主要方法是利用改變壓電陶瓷的相關封裝的新結構,再結合光纖光柵而制成的電壓傳感器。由實驗結果得出:在0～160v的電壓范圍內(nèi),中心波長的變化與該傳感器兩端的電壓的改變有很好的線性關系,線性擬合度可達0.99,線性調諧的波長范圍約為1.6nm。

傳感器總長810mm,直徑為2.5mm,4根光纖布喇格光柵(fiberbragggrating,fbg)互成90°分布在用記憶合金絲(shapmemoryalloy,sma)做基材的表面.通過在波分復用的基礎上添加光時分復用來改進傳感網(wǎng)絡布置,提高測量精度;同時,設計了一套封裝裝置來確保封裝時fbg與基材之間的準確定位以及黏結劑能夠均勻的涂覆在基材和fbg表面,提高傳感器的封裝精度.實驗結果表明,該fbg形狀傳感器的測量精度為3.1％.

介紹了現(xiàn)有汽車中進氣溫度傳感器的工作原理。針對其存在的缺點,提出了將光纖布拉格光柵溫度傳感器應用到汽車中的設想,并通過比較選擇線性邊帶濾波法作為解調方法。通過實驗測定光纖傳感器完全可滿足汽車中傳感器的要求。

提出了基于光纖布拉格光柵(fbg)包層模式的折射率傳感方案。實驗中,利用不同濃度的丙三醇水溶液作為外界折射率傳感溶液,采用氫氟酸溶液化學腐蝕的方法來減小光纖包層的直徑以增大包層模式對外界折射率的敏感度,研究了腐蝕后光纖布拉格光柵包層模式的耦合波長對外部折射率的變化關系。實驗結果表明在1.3300~1.4584的折射率范圍內(nèi),包層模式耦合波長隨外界折射率增大而增大,在接近光纖包層折射率處具有很高的折射率靈敏度,最大達到了172nm/riu(refractiveindexunit)。而且,包層模諧振的光譜半峰全寬(約0.07nm)僅為布拉格纖芯模諧振光譜半峰全寬的1/4,能夠獲得更好的傳感精度。