基于光纖Bragg光柵反射波帶寬展寬壓力傳感

采用靶式結(jié)構(gòu)作為光纖bragg光柵流量傳感器的換能元件,其中兩片光柵分別粘貼于等強度懸臂梁的上下兩表面。采用雙光柵粘貼方式對傳感器進(jìn)行溫度補償,有效的解決了應(yīng)變與溫度交叉敏感的問題,提高了測量靈敏度。實驗表明該靶式光纖bragg光柵流量傳感器的載荷響應(yīng)靈敏度為33.6pm/kg,測量精度為0.5%。

基于對光纜卷盤纜層靜態(tài)壓力分布的理論分析,建立了光纜纏繞體系中的受力理論模型.研究表明,隨著纏繞層數(shù)的增加,卷盤各層光纜所受壓強先快速增大而后變化平緩.采用分布式光纖bragg光柵(fbg)對光纜繞線裝置上纜層的靜態(tài)壓力進(jìn)行了實時傳感,理論上給出了fbg的中心波長偏移量與體系壓強的定量關(guān)系,實驗上發(fā)現(xiàn)各層fbg的中心波長隨著光纜卷盤纏繞層數(shù)的增加先較快速變化而后趨于平緩,理論模擬和實驗測量結(jié)果符合得很好.該技術(shù)解決了光纜繞線過程中無法對纜層所受壓力進(jìn)行實時監(jiān)測的難題.

當(dāng)環(huán)境相對濕度發(fā)生變化時,濕敏材料的某些物理特性也會隨之發(fā)生變化,將濕敏材料涂覆在光纖光柵上,光柵的波長變化能直觀反映濕度的變化?；诖?文章設(shè)計了一種光纖bragg光柵的濕度傳感器,首先分析了該傳感器的傳感原理,接著制作了濕敏材料的傳感器,最后進(jìn)行了實驗測試,結(jié)果表明:文章所制作的光纖bragg光柵濕度傳感器的穩(wěn)定性較好。

當(dāng)環(huán)境相對濕度發(fā)生變化時,濕敏材料的某些物理特性也會隨之發(fā)生變化,將濕敏材料涂覆在光纖光柵上,光柵的波長變化能直觀反映濕度的變化。基于此,文章設(shè)計了一種光纖bragg光柵的濕度傳感器,首先分析了該傳感器的傳感原理,接著制作了濕敏材料的傳感器,最后進(jìn)行了實驗測試,結(jié)果表明：文章所制作的光纖bragg光柵濕度傳感器的穩(wěn)定性較好。

技 術(shù) 創(chuàng) 新 中文核心期刊《微計算機信息》（測控自動化）２００６年第２２卷第４－１期 ３６０元／年郵局訂閱號：８２－９４６《現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用２００例》 傳感器與儀器儀表 光纖ｂｒａｇｇ光柵傳感網(wǎng)絡(luò)實時監(jiān)測與應(yīng)變分析 ｒｅａｌ－ｔｉｍｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆｆｉｂｅｒｂａｇｇｇｒａｔｉｎｇｓｅｎｓｉｎｇｎｅｔｓａｎｄａｎａｌｙｚｉｎｇｏｆｖａｒｉａ－ ｔｉｏｎｏｆｓｔｒａｉｎ （１．昆明理工大學(xué)；２．云南航天質(zhì)量無損檢測站）劉建平１趙永貴２孫宇２邱海濤１龍昊波１李川１ ｌｉｕ，ｊｉａｎｐｉｎｇｚｈａｏ，ｙｏｎｇｇｕｉｓｕｎ，ｙｕｑｉｕ，ｈａｉｔａｏｌｏｎｇ，ｈａｏｂｏｌｉ，ｃｈｕａｎ 摘要：作為一種絕對式傳感器，波長調(diào)制式光纖ｂｒａｇｇ光柵傳感器對應(yīng)變的響應(yīng)為０．９ｐｍ／

對光纖bragg光柵(fbg)溫度傳感在77k-150k和300k-500k之間進(jìn)行了測試,得出溫度與波長的相關(guān)關(guān)系,并討論了常溫與低溫情況下的溫度與波長關(guān)系不一致的原因.77k-150k情況下,溫度與波長的非線性關(guān)系主要是由電偶極子所致有效折射率變化造成的;而300k-500k情況下,溫度與波長近乎線性的關(guān)系主要是由此溫度范圍內(nèi)有效折射率恒定和石英光纖光柵的線膨脹系數(shù)所至。得到的理論公式與實驗結(jié)果符合。

在闡述光纖bragg光柵(fbg)傳感技術(shù)的工作原理和優(yōu)點的基礎(chǔ)上,以昆明白泥井3#隧道為實例,提出fbg傳感器在隧道內(nèi)的鋪設(shè)方案及溫度補償技術(shù)。經(jīng)過對隧道斷面的24h連續(xù)監(jiān)測,討論隧道內(nèi)最大溫差對bragg反射中心波長變化的影響,并對隧道每一監(jiān)測斷面上溫度傳感系統(tǒng)所取得的bragg波長值進(jìn)行可靠性的估計,驗證fbg監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性。對隧道進(jìn)行8個月的定期監(jiān)測,并對隧道斷面的應(yīng)變變化情況進(jìn)行分析,分析結(jié)果表明:干濕季節(jié)交替是導(dǎo)致測點應(yīng)變波動的重要因素,而雨季是致使測點應(yīng)變變化增大的主要原因。目前隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定;同時,研究結(jié)果表明,fbg可準(zhǔn)確地測出隧道的應(yīng)變分布,將其應(yīng)用于隧道變形監(jiān)測中是可行和有效的。

第25卷第5期 2003年5月 武漢理工大學(xué)學(xué)報 journalofwuhanuniversityoftechnology vol.25no.5 may2003 文章編號:16714431(2003)05000703 新型光纖bragg光柵振動傳感技術(shù)* 梁磊周雪芳信思金趙申陳大雄 (武漢理工大學(xué)) 摘要:介紹了振動測試技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,針對存在的問題,結(jié)合光纖bragg光柵傳感系統(tǒng)的優(yōu)點,提出了一種新型的 光纖bragg光柵振動傳感系統(tǒng),并進(jìn)行了相關(guān)的實驗研究。 關(guān)鍵詞:光纖;bragg光柵;振動傳感器 中圖分類號:tp212.14文獻(xiàn)標(biāo)識碼:a 收稿日期:20030125. 作者簡介:梁磊(1963),男,副教授;武漢,武漢理工

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 中的傳播時表征光波的特征參量（振幅、相位、偏振態(tài)、波長等）因外界因素 （如溫度、壓力、磁場、電場、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探測各種待測量（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，從而對外界因素進(jìn)行計量和數(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，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得的特征量，由光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，它的特點是充分 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調(diào)制、 相位調(diào)制、偏振態(tài)調(diào)制和波長調(diào)制等幾種形式。光纖傳感器的特點1、

為避免布拉格光纖光柵溫度與應(yīng)力測量時的交叉敏感問題,文中提出一種基于微機電加工工藝的沙漏型fbg結(jié)構(gòu),通過各向同性腐蝕改變包層厚度,使其再受壓力時光柵間距連續(xù)非均勻變化,導(dǎo)致反射帶寬展寬,而溫度只使中心波長漂移使帶寬展寬很小,通過檢測輸出光強的大小間接測量壓力大小,有效避免溫度與應(yīng)力的交叉敏感問題。

　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)重點實驗室,　南京210016) 　　提要　本文對嵌入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,實現(xiàn)了對應(yīng)變的測量。通過 對光纖智能夾層的理論分析和試驗研究,分析了應(yīng)變對傳感系數(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。

2010年 第12期 儀表技術(shù)與傳感器 instrumenttechniqueandsensor 2010 no12 基金項目:寧德師專引進(jìn)人才科研項目(2009y021) 收稿日期:2009-11-01收修改稿日期:2010-07-09 基于光纖bragg光柵傳感的油浸式變壓器測溫系統(tǒng) 廖建慶 (寧德師范學(xué)院物理與電氣工程系,福建寧德352100) 摘要:鑒于傳統(tǒng)溫度傳感器受到周圍環(huán)境因素的影響較大,系統(tǒng)采用抗干擾能力強和對溫度極其敏感的光纖布拉格 光柵(fbg)傳感器。光信號通過該傳感器進(jìn)行傳輸和測量,實現(xiàn)現(xiàn)場的無電監(jiān)測。系統(tǒng)以數(shù)字信號處理器tms320f2812 為核心,分析了光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)原理和光纖光柵解調(diào)系統(tǒng),介紹了系統(tǒng)硬件組成和軟件實現(xiàn)。實驗結(jié)果表明該系 統(tǒng)溫度

提出了一種基于光纖bragg光柵的溫度傳感器,闡述了光纖bragg光柵的溫度傳感機理,用2個相同的光纖bragg光柵構(gòu)成折疊式mach-zehnder(m-z)干涉儀,其中一個光柵作為參考臂,另一個作為傳感臂: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的頻率差異。對其動態(tài)測量范圍和靈敏度也進(jìn)行了分析。

研究了光纖bragg光柵封裝工藝,提出并實現(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,實現(xiàn)對混凝土的拉、壓應(yīng)變及溫度的測量。結(jié)果顯示,在試驗梁彈性階段,可以較為準(zhǔn)確的監(jiān)測混凝土應(yīng)變。

分段切趾是光纖光柵一種新的切趾改進(jìn)技術(shù)。針對線性啁啾光纖bragg分段切趾的兩個重要參數(shù):分段切趾比例和分段切趾強度進(jìn)行討論?；跀?shù)值模擬的結(jié)果,以三分段切趾為例,分析兩個參數(shù)對光柵性能的影響以及進(jìn)行優(yōu)化的方法。

埋入式光纖bragg光柵(fbg)可以監(jiān)測結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力、溫度等其它參數(shù)。針對鍍鎳保護(hù)的fbg經(jīng)釬焊方法橫向埋入矩形截面的金屬梁內(nèi)部的情況,本文將影響fbg中心波長變化的因素歸納成兩大因素——應(yīng)力傳遞系數(shù)和位置函數(shù),并深入分析了這兩個因素對埋入式fbg的徑向應(yīng)力傳感性能的影響。經(jīng)研究得出,對于某一特定的連接層,盡量選取彈性模量大的保護(hù)層,適當(dāng)減小保護(hù)層厚度有助于提高埋入式fbg應(yīng)力傳感的靈敏度。對于一定結(jié)構(gòu)形式的梁,在應(yīng)力傳遞系數(shù)一定的情況下,位置函數(shù)越大,埋入式fbg應(yīng)力傳感的靈敏度越大。埋入過程會造成位置誤差。分析得出,當(dāng)fbg實際埋入位置較指定位置偏右時,位置函數(shù)隨著傾斜角度的增大而變大;當(dāng)實際埋入位置較指定位置偏左時,位置函數(shù)隨著傾斜角度的增大而變小。

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)實驗。實驗表明光纖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。

為了改善現(xiàn)有光纖光柵壓力傳感器應(yīng)變-溫度交叉敏感的問題,基于光纖光柵傳感原理及彈性膜片結(jié)構(gòu),設(shè)計了一種新型的溫度補償壓力傳感器。建立了膜片結(jié)構(gòu)變形力學(xué)模型,推導(dǎo)出了光纖光柵中心波長漂移與壓力之間的數(shù)學(xué)關(guān)系,建立了傳感器靈敏度與膜片材料和結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)之間的數(shù)學(xué)方程,matlab數(shù)值分析了膜片參數(shù)對靈敏度的影響,利用有限元軟件abaqus對膜片變形特征進(jìn)行了仿真分析。傳感器理論壓力靈敏度為40.43pm/mpa,標(biāo)定實驗的靈敏度為35.6pm/mpa,經(jīng)溫度補償后的實際靈敏度為37.62pm/mpa,實現(xiàn)了壓力測量中的溫度補償。測試結(jié)果表明該傳感器具有良好的線性度、較低的啁啾性及較高的穩(wěn)定性,現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果證實了光纖光柵傳感技術(shù)在煤礦安全監(jiān)測中的可行性,適合進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

結(jié)合光纖bragg光柵在通信與傳感領(lǐng)域應(yīng)用的特性,利用傳輸矩陣法分析了均勻光柵、啁啾光柵、切趾光柵的反射率、時延特性、邊模抑制比和反射帶寬示意圖。分析得到了不同光柵的特性規(guī)律,這些規(guī)律對光柵在通信與傳感領(lǐng)域應(yīng)用具有參考的價值。

光纖光柵傳感器光纖光柵傳感器

設(shè)計并實驗研究了一種基于機械微應(yīng)變引入長周期光纖光柵(mlpfg)的橫向壓力傳感系統(tǒng)。利用機械線加工技術(shù)制作周期為600μm,長度為60mm的不銹鋼壓力槽板,測定了槽板對待寫制光纖施加的橫向壓力與mlpfg諧振峰峰值之間的關(guān)系,并借助布拉格光纖光柵(fbg)搭建了高精度橫向壓力解調(diào)系統(tǒng)。實驗表明,在0～60n的范圍內(nèi),壓力與mlpfg透射譜深度有很好的線性關(guān)系,線性度達(dá)0.9950,靈敏度約為0.35db/n。保持45n的壓力20h,mlpfg諧振峰峰值最大波動小于0.06db,具備良好的穩(wěn)定性。采用中心波長為1542.890nm的fbg實現(xiàn)了系統(tǒng)解調(diào),系統(tǒng)靈敏度為0.12μw/n,進(jìn)一步提高了檢測系統(tǒng)的實用性。

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