光纖光柵水位傳感器的理論模擬與實(shí)驗(yàn)

光纖光柵傳感器的應(yīng)用 一、光纖光柵傳感器的優(yōu)勢(shì) 與傳統(tǒng)的傳感器相比,光纖bragg光柵傳感器具有自己獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn): (1)傳感頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、外形可變,適合埋入大型結(jié)構(gòu)中, 可測(cè)量結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變及結(jié)構(gòu)損傷等,穩(wěn)定性、重復(fù)性好; (2)與光纖之間存在天然的兼容性,易與光纖連接、低損耗、光譜特性 好、可靠性高; (3)具有非傳導(dǎo)性,對(duì)被測(cè)介質(zhì)影響小,又具有抗腐蝕、抗電磁干擾的特 點(diǎn),適合在惡劣環(huán)境中工作; (4)輕巧柔軟,可以在一根光纖中寫入多個(gè)光柵,構(gòu)成傳感陣列,與波分 復(fù)用和時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)分布式傳感; (5)測(cè)量信息是波長(zhǎng)編碼的,所以,光纖光柵傳感器不受光源的光強(qiáng)波 動(dòng)、光纖連接及耦合損耗、以及光波偏振態(tài)的變化等因素的影響,有較強(qiáng)的抗 干擾能力; (6)高靈敏度、高分

基于壓電陶瓷的光纖光柵傳感器的設(shè)計(jì)。主要方法是利用改變壓電陶瓷的相關(guān)封裝的新結(jié)構(gòu),再結(jié)合光纖光柵而制成的電壓傳感器。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出:在0～160v的電壓范圍內(nèi),中心波長(zhǎng)的變化與該傳感器兩端的電壓的改變有很好的線性關(guān)系,線性擬合度可達(dá)0.99,線性調(diào)諧的波長(zhǎng)范圍約為1.6nm。

本文通過(guò)對(duì)光纖結(jié)構(gòu)及原理的了解,解釋了光纖中光波傳播的主要特點(diǎn)。在了解了光纖光柵傳感器構(gòu)造及工作原理的同時(shí),以鋼板-混凝土結(jié)構(gòu)材料為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?利用光纖光柵傳感器作為檢測(cè)儀器,通過(guò)在鋼板-混凝土材料構(gòu)成的橋面上布置不同數(shù)量和種類的fbg,同時(shí)認(rèn)為施加不同載荷,觀察fbg的檢測(cè)結(jié)果和檢測(cè)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)證明,光纖光柵傳感器對(duì)于鋼板-混凝土組成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行的無(wú)損檢測(cè),其安全系數(shù)和檢測(cè)效率較其他無(wú)損檢測(cè)技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

光纖光柵傳感器介紹

光纖光柵位移傳感器

針對(duì)纜索局部埋植傳感器測(cè)試索力的特殊要求,特制光纖光柵應(yīng)變傳感器,傳感器封裝保證光纖光柵植入纜索的成活率,減敏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保證纜索索力測(cè)試的大應(yīng)力監(jiān)測(cè)要求。針對(duì)應(yīng)變傳感器與鋼絲的2種連接方式,即傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)膠連接和特制的抱箍機(jī)械連接方式進(jìn)行了張拉性能測(cè)試。由標(biāo)定的傳感器力敏系數(shù)可知,在鋼絲產(chǎn)生5000×10-6的應(yīng)變變化下,光纖光柵實(shí)際中心波長(zhǎng)變化不超過(guò)2900pm,達(dá)到了減敏效果,傳感器可以滿足大索力長(zhǎng)期測(cè)試要求。

采用耦合波理論分析了光纖光柵對(duì)光的反射機(jī)理及其傳感原理,提出了光纖光柵在溫度測(cè)量和位移測(cè)量中的應(yīng)用方案,給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果,展望了光纖光柵在光纖傳感和光纖通信方面的應(yīng)用前景.

光纖光柵傳感器是20世紀(jì)90年代光纖傳感器領(lǐng)域最主要的發(fā)明,它是一種光纖無(wú)源器件,具有可靠性好,測(cè)量精密度高,抗電磁干擾強(qiáng)等特點(diǎn)。光纖光柵的發(fā)明,在光纖傳感領(lǐng)域引起了革命性的變化,突顯出它在信息領(lǐng)域的重要地位。本文著重介紹了光纖光柵的發(fā)展過(guò)程、光纖光柵傳感器的原理、以及在傳感方面的現(xiàn)狀和運(yùn)用,并分析光纖光柵傳感器在實(shí)際工程應(yīng)用中的一些瓶頸之處,且提出了相關(guān)的看法。

光纖光柵傳感器是20世紀(jì)90年代光纖傳感器領(lǐng)域最主要的發(fā)明,它是一種光纖無(wú)源器件,具有可靠性好,測(cè)量精密度高,抗電磁干擾強(qiáng)等特點(diǎn)。光纖光柵的發(fā)明,在光纖傳感領(lǐng)域引起了革命性的變化,突顯出它在信息領(lǐng)域的重要地位。本文著重介紹了光纖光柵的發(fā)展過(guò)程、光纖光柵傳感器的原理、以及在傳感方面的現(xiàn)狀和運(yùn)用,并分析光纖光柵傳感器在實(shí)際工程應(yīng)用中的一些瓶頸之處,且提出了相關(guān)的看法。

光纖傳感、光纖光柵、光纖光柵傳感 光纖傳感技術(shù)由于光纖不僅可以作為光波的傳輸媒質(zhì)，而且光波在光纖 中的傳播時(shí)表征光波的特征參量（振幅、相位、偏振態(tài)、波長(zhǎng)等）因外界因素 （如溫度、壓力、磁場(chǎng)、電場(chǎng)、位移等）的作用而間接或直接地發(fā)生變化，從 而可將光纖用作傳感器元件來(lái)探測(cè)各種待測(cè)量（物理量、化學(xué)量和生物量）， 這就是光纖傳感器的基本原理。光纖傳感技術(shù)的分類光纖傳感器可以分為傳 感型（本征型）和傳光型（非本征型）兩大類。利用外界因素改變光纖中光的 特征參量，從而對(duì)外界因素進(jìn)行計(jì)量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，稱為傳感型光纖傳感器， 它具有傳感合一的特點(diǎn)，信息的獲取和傳輸都在光纖之中。傳光型光纖傳感器 是指利用其它敏感元件測(cè)得的特征量，由光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，它的特點(diǎn)是充分 利用現(xiàn)有的傳感器，便于推廣應(yīng)用。這兩類光纖傳感器都可再分成光強(qiáng)調(diào)制、 相位調(diào)制、偏振態(tài)調(diào)制和波長(zhǎng)調(diào)制等幾種形式。光纖傳感器的特點(diǎn)1、

根據(jù)光纖布拉格光柵(fbg)傳感模型,提出了一種基于e型膜片和懸臂梁組合的fbg液位傳感結(jié)構(gòu),建立了fbg反射中心波長(zhǎng)隨液面高度變化的數(shù)學(xué)模型。在0～100cm的測(cè)量范圍內(nèi)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)果表明,液位對(duì)fbg反射中心波長(zhǎng)調(diào)諧的最大漂移量為1.316nm,線性擬合度大于0.999,靈敏度為13.1pm/cm,與理論計(jì)算值(13.8pm/cm)比較,存在5.1%的相對(duì)誤差。通過(guò)對(duì)理論模型的分析,改變e型圓膜片和懸臂梁的有關(guān)參數(shù),可實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器的靈敏度和量程的調(diào)整,使之更加實(shí)用化。

設(shè)計(jì)了一種波紋管為襯底的光纖光柵(fbg)液位傳感頭,提出用參考光柵補(bǔ)償溫度變化對(duì)fbg測(cè)量壓力影響的方法。在3～30cm的液位范圍內(nèi),測(cè)試了傳感器的特性,給出溫度補(bǔ)償后液位引起波長(zhǎng)漂移的實(shí)驗(yàn)曲線。結(jié)果表明,傳感器液位靈敏度為-0.0553nm/cm。傳感頭采用ni基合金作為機(jī)敏封裝元件,具有抗腐蝕、耐疲勞的優(yōu)點(diǎn),適用于儲(chǔ)油罐等惡劣環(huán)境下使用。

基于碳納米管涂覆的傾斜光纖光柵是一種理想的低成本熱線式風(fēng)力傳感器,其可以用來(lái)進(jìn)行風(fēng)力的實(shí)驗(yàn)測(cè)量。針對(duì)輸入傾斜光纖光柵的不同功率以及碳納米管涂覆厚度這兩方面,設(shè)計(jì)不同的風(fēng)力實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與測(cè)量,并獲得中心波長(zhǎng)與風(fēng)力變化的最終關(guān)系。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線進(jìn)行分析,得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論:在適當(dāng)范圍內(nèi),激光功率越高,涂覆厚度越厚,靈敏度越高,風(fēng)力傳感實(shí)驗(yàn)效果越好。通過(guò)實(shí)驗(yàn),使學(xué)生了解基于光纖的新型熱線式風(fēng)力傳感的工作原理,將理論與實(shí)踐相結(jié)合,激發(fā)學(xué)生對(duì)光纖傳感前沿應(yīng)用的興趣和積極性。

分析了適用于動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量的光纖光柵傳感器所應(yīng)滿足的條件,并進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)并制作了一種適用于工程化的光纖光柵動(dòng)態(tài)應(yīng)變傳感器。對(duì)等強(qiáng)度水泥梁以及實(shí)際工程中的盧浦大橋等場(chǎng)合,用該光纖光柵應(yīng)變傳感器與傳統(tǒng)的電阻應(yīng)變片傳感器進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,光纖光柵應(yīng)變傳感器具有很高的精度

針對(duì)光纖布拉格光柵(fbg)溫度和應(yīng)變的交叉敏感問(wèn)題,設(shè)計(jì)了一種帶熔點(diǎn)保偏光纖光柵(pmfbg)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)通過(guò)將2段保偏光纖帶加大推進(jìn)量熔接,形成中間凸起結(jié)構(gòu),然后在熔點(diǎn)位置寫入光柵。文中首先采用熊貓保偏光纖設(shè)計(jì)制作了該結(jié)構(gòu),并搭建實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)試其在(0～2)n軸向應(yīng)力作用下的反射光譜,發(fā)現(xiàn)pmfbg快軸和慢軸的反射譜均分裂成2個(gè)峰值,隨著軸向應(yīng)力的增加,反射譜整體產(chǎn)生紅移,同時(shí)分裂的2個(gè)峰值強(qiáng)度的比值單調(diào)減小,且不受溫度的影響。隨后,采用有限元法分析了該結(jié)構(gòu)的軸向應(yīng)變分布,并基于傳輸矩陣法仿真分析了該pmfbg反射光譜隨應(yīng)力的變化特性,仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一致性較好。證實(shí)可利用pmfbg反射光譜的峰值之比消除軸向應(yīng)變與溫度的交叉敏感性,實(shí)現(xiàn)軸向應(yīng)變的測(cè)量。

本文提出了一種新型的光纖光柵海洋監(jiān)測(cè)傳感器,可以實(shí)現(xiàn)溫度和壓力的同時(shí)測(cè)量,且排除溫度對(duì)壓力測(cè)量的影響.傳感器采用的彈性膜片結(jié)構(gòu),壓力測(cè)量光纖直接與膜片連接,膜片在壓力作用下產(chǎn)生軸向位移,進(jìn)而拉動(dòng)壓力測(cè)量光纖以實(shí)現(xiàn)壓力傳感;溫度測(cè)量光纖單獨(dú)固定,采用的進(jìn)水腔結(jié)構(gòu),在保證光纖免受海水沖擊的情況下直接與海水接觸,實(shí)現(xiàn)快速測(cè)溫,同時(shí)實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償.

光纖光柵傳感器的研究與應(yīng)用 0引言近年來(lái)。隨著光纖通信技術(shù)向著超高速、大容量通信系統(tǒng)的方向 發(fā)展，以及逐步向全光網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)．在光通信迅猛發(fā)展的帶動(dòng)下，光纖光柵已 成為發(fā)展最為迅速的光纖無(wú)光源器件之一。光纖在紫外光強(qiáng)激光照射下，利用 光纖纖芯的光敏感特性．光纖的折射率將隨光強(qiáng)的空間分布發(fā)生相應(yīng)的變化。 這樣，在光纖軸向上就會(huì)形成周期性的折射率波動(dòng)，即為光纖光柵。由于光纖 光柵具有高靈敏度、低損耗、易制作、性能穩(wěn)定可靠、易與系統(tǒng)及其它光纖器 件連接等優(yōu)點(diǎn)，因而在光通信、光纖傳感等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。為此。本文 從光纖布拉格光柵、長(zhǎng)周期光纖光柵等光纖光柵的原理出發(fā)，綜述了光纖布拉 格光柵對(duì)溫度、應(yīng)變同時(shí)測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用。1光纖傳感器的工作原理1．1光 纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)光纖布拉格光柵fbg于1978年發(fā)明問(wèn)世。它利用硅光 纖的紫外光敏性寫入光纖芯內(nèi)，從而在光纖上形成周期性的光

光纖光柵是理想的應(yīng)力和溫度傳感元件。結(jié)合實(shí)驗(yàn)室器件,設(shè)計(jì)了一個(gè)利用光纖光柵監(jiān)測(cè)應(yīng)力以及溫度的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了光纖光柵的基本特性,實(shí)現(xiàn)了應(yīng)力及溫度的監(jiān)測(cè)。通過(guò)自行搭建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析,實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論分析吻合。

(完整版)光纖光柵傳感器的應(yīng)用

通過(guò)將光纖光柵固定在懸臂梁的上下表面,提出一種基于光柵的應(yīng)力傳感器,這種傳感器首次提出將光柵通過(guò)預(yù)緊的方式將其兩端粘貼在懸臂梁上,可以有效遏制因光柵應(yīng)變不均而產(chǎn)生的反射峰啁啾變化,同時(shí)能提供溫度補(bǔ)償。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了這種傳感光柵反射峰的波長(zhǎng)變化隨應(yīng)力的增加呈良好線性關(guān)系。增加了反射峰之間的距離變化,可達(dá)0.65nm。同時(shí)分辨力也有所提高,達(dá)到滿量程的1%。

根據(jù)裸光纖光柵(fbg)對(duì)應(yīng)變的靈敏度遠(yuǎn)高于對(duì)壓力的靈敏度這一特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種基于等強(qiáng)度梁結(jié)構(gòu)的fbg冰力傳感器,并可以通過(guò)調(diào)節(jié)封裝構(gòu)件的尺寸調(diào)節(jié)其測(cè)量壓力的靈敏度系數(shù)。對(duì)傳感器的標(biāo)定結(jié)果顯示,這種fbg冰力傳感器的線性相關(guān)度良好,實(shí)測(cè)的靈敏度系數(shù)與理論值一致。該種傳感器在冰激橋墩振動(dòng)模型試驗(yàn)中得到了應(yīng)用,成功監(jiān)測(cè)了橋墩在不同冰速撞擊下受到的冰力。實(shí)驗(yàn)表明,這種fbg傳感器靈敏度高、可靠性好、對(duì)結(jié)構(gòu)自身的影響很小,可直接測(cè)量冰的撞擊力,適合于模型實(shí)驗(yàn)中的冰力監(jiān)測(cè)。

作為性能優(yōu)良的敏感元件,均勻光纖布拉格光柵、啁啾光纖布拉格光柵等多種傳感器已經(jīng)有了更多的應(yīng)用領(lǐng)域。通過(guò)光纖布拉格光柵內(nèi)部寫入、干涉法側(cè)面寫入、相位模版法寫入等制作技術(shù)的原理說(shuō)明和對(duì)比評(píng)介,通過(guò)光纖光柵傳感器對(duì)所在環(huán)境的應(yīng)變、應(yīng)力、溫度變化和動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)的感應(yīng)原理分析,以及對(duì)光纖光柵傳感器在復(fù)合材料、電力系統(tǒng)、石油天然氣井和建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用工程的綜述,闡明了這一類傳感器件在單參數(shù)傳感測(cè)量,特別是多參數(shù)傳感測(cè)量中還有很大的發(fā)展空間,值得進(jìn)一步研究。