埋入光纖布拉格光柵傳感器的智能碳纖維復(fù)合塑料

光纖光柵傳感器光纖光柵傳感器

對(duì)采用光纖布拉格光柵(fbg)傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)某飛機(jī)機(jī)翼盒段外加載荷位置信息進(jìn)行了研究。研究了fbg傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器失效對(duì)外加載荷位置識(shí)別精度的影響程度;針對(duì)傳統(tǒng)fbg傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可靠性低的缺點(diǎn),引入光開(kāi)關(guān),設(shè)計(jì)了一種具有更高可靠性的傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),并對(duì)這兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可靠性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,新傳感器網(wǎng)絡(luò)的可靠性明顯高于傳統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的可靠性。單個(gè)傳感器的失效概率不同,兩種傳感器網(wǎng)絡(luò)可靠性差別也不同;當(dāng)單個(gè)元器件的失效概率在0.001~0.01之間變動(dòng)時(shí),若系統(tǒng)允許外加載荷位置識(shí)別誤差在5mm內(nèi),則新傳感器網(wǎng)絡(luò)的失效率降為傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)失效率的50%;若系統(tǒng)允許外加載荷位置識(shí)別誤差在10mm內(nèi),則新傳感器網(wǎng)絡(luò)的失效率至少降低為傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)失效率的12.5%。

提出了一種基于fpga與dsp平臺(tái)的光纖布拉格光柵傳感分析儀,將外界參量的變化轉(zhuǎn)化為光纖布拉格光柵波長(zhǎng)的偏移,通過(guò)數(shù)據(jù)采集、過(guò)濾雜波、信號(hào)波峰檢測(cè)、高斯曲線(xiàn)擬合以及加權(quán)波長(zhǎng)計(jì)算等關(guān)鍵步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)解調(diào)技術(shù),進(jìn)而完成溫度、應(yīng)變、壓力或位移等對(duì)象的在線(xiàn)測(cè)量,并且可以實(shí)現(xiàn)光纖線(xiàn)路故障分析與定位的功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該系統(tǒng)功耗低、線(xiàn)性度好、波長(zhǎng)解調(diào)精度與分辨率較高。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期測(cè)試,系統(tǒng)軟硬件運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

光纖傳感器作為一種線(xiàn)性的測(cè)試儀器,應(yīng)用于巖土工程領(lǐng)域時(shí),較傳統(tǒng)傳感器有更多的優(yōu)越性和更加廣泛的應(yīng)用前景。介紹了光纖bragg傳感器的工作原理及應(yīng)用,并通過(guò)混凝土試件的加載試驗(yàn),對(duì)fbg應(yīng)變傳感器和電阻應(yīng)變計(jì)量測(cè)混凝土的應(yīng)變測(cè)量進(jìn)行了比較。提出準(zhǔn)分布式光纖光柵傳感器在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及實(shí)驗(yàn)室中將得到更加廣泛的應(yīng)用。

介紹了光纖布拉格光柵傳感器測(cè)溫的基本原理以及一些布拉格光纖的封裝方法,在此基礎(chǔ)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(duì)布拉格光纖光柵進(jìn)行封裝,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)祼光柵和封裝后光柵的溫度特性進(jìn)行了研究.實(shí)驗(yàn)采用了恒溫水浴裝置,在25℃至70℃溫度范圍使用了中心波長(zhǎng)為1530.5nm的光纖布拉格光柵進(jìn)行測(cè)量.先進(jìn)行了祼光柵的測(cè)量,在光柵封裝之后又進(jìn)行了測(cè)量.實(shí)驗(yàn)結(jié)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(xiàn)性擬合度達(dá)到0.996.

設(shè)計(jì)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(qiáng)傳感機(jī)構(gòu)和文丘里管。導(dǎo)出了雙光纖布拉格光柵的波長(zhǎng)漂移差與流速的關(guān)系。壓強(qiáng)傳感機(jī)構(gòu)中的密閉鋁箔管橫截面兩邊的壓力差導(dǎo)致等腰三角形懸臂梁變形,從而導(dǎo)致安裝在懸臂梁兩邊的光纖布拉格光柵的布拉格波長(zhǎng)漂移。通過(guò)檢測(cè)兩個(gè)布拉格光柵的波長(zhǎng)漂移差,得到被測(cè)流體的流速。雙光纖布拉格光柵通過(guò)補(bǔ)償溫度效應(yīng),解決了光纖布拉格光柵傳感器的交叉敏感問(wèn)題。該流速傳感器的動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍為8～200mm/s。實(shí)驗(yàn)表明,雙光纖布拉格光柵的中心波長(zhǎng)隨流速的增加分別向長(zhǎng)波和短波方向漂移,而帶寬幾乎不變,實(shí)驗(yàn)和理論符合得較好,該設(shè)計(jì)方案是切實(shí)可行的。

基于光纖布拉格光柵傳感器的基本原理,對(duì)在土木工程中的應(yīng)用作了詳細(xì)的闡述;為進(jìn)一步了解其性能,對(duì)布拉格光柵應(yīng)變傳感器進(jìn)行了抗電磁干擾、抗零飄、重復(fù)性等性能進(jìn)行測(cè)試,并與傳統(tǒng)的電阻應(yīng)變片做了對(duì)比,顯示了令人滿(mǎn)意的效果,為工程健康監(jiān)測(cè)應(yīng)用指出了廣闊的前景。

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(xiě)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(xiàn)性關(guān)系,線(xiàn)性擬合度可達(dá)0.99,線(xiàn)性調(diào)諧的波長(zhǎng)范圍約為1.6nm。

提出了基于可調(diào)激光器和聲光脈沖調(diào)制的光纖布拉格光柵(fbg)傳感系統(tǒng),同時(shí)利用摻鉺光纖放大器(edfa)和拉曼放大相結(jié)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(dá)到了300km的超長(zhǎng)距離傳感。該系統(tǒng)通過(guò)前端的edfa和末端的拉曼泵浦光源來(lái)補(bǔ)償光纖布拉格光柵反射的光功率。系統(tǒng)在低于275km長(zhǎng)度時(shí)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(hào)。系統(tǒng)在100,200,250,300km處的靜態(tài)應(yīng)變實(shí)驗(yàn)中,線(xiàn)性度均達(dá)到了0.999以上。系統(tǒng)可望在鐵道、輸油(氣)管道、海岸線(xiàn)等的超長(zhǎng)距離遙測(cè)中得到廣泛應(yīng)用。

在對(duì)光纖布拉格光柵應(yīng)變傳感原理分析的基礎(chǔ)上,提出了一種易實(shí)用化的,能夠?qū)崿F(xiàn)武器彈丸炮口初速測(cè)試的方法,介紹了系統(tǒng)的基本組成,對(duì)光柵布拉格傳感器彈丸炮口速度測(cè)試原理和方法進(jìn)行了分析.和傳統(tǒng)的測(cè)試方法比較,該測(cè)試方法能夠?qū)崟r(shí)連續(xù)測(cè)量火炮發(fā)射時(shí)每發(fā)彈丸的炮口初速,可以用于彈藥可編程引信的實(shí)時(shí)裝定,提高空爆彈藥的殺傷力,也可以用于對(duì)火炮身管壽命的分析.

為了實(shí)現(xiàn)光纖布拉格光柵(fbg)加速度信號(hào)的準(zhǔn)確測(cè)量,提出了一種新穎的雙懸梁fbg加速度傳感器。設(shè)計(jì)了傳感器的結(jié)構(gòu)及封裝方法,理論分析了傳感器的工作原理。實(shí)驗(yàn)研究了傳感器的線(xiàn)性響應(yīng)、溫度響應(yīng)、共振頻率和方向抗干擾特性,結(jié)果表明,傳感器的加速度響應(yīng)靈敏度為7.81pm/m/s2,相對(duì)誤差為2.62%,加速度與波長(zhǎng)具有較好的線(xiàn)性關(guān)系,線(xiàn)性度為99.8%;在67.5～27.5℃內(nèi)進(jìn)行了溫度補(bǔ)償實(shí)驗(yàn),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(qiáng)的抗干擾能力。

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(jié)合的光纖光柵壓強(qiáng)傳感器的組合設(shè)計(jì),推導(dǎo)了光纖布拉格光柵中心波長(zhǎng)偏移量與壓強(qiáng)之間的解析關(guān)系式。理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,壓強(qiáng)調(diào)諧光纖布拉格波長(zhǎng)的靈敏度系數(shù)的理論值與實(shí)驗(yàn)值分別為0.2246nm/mpa、0.2218nm/mpa,在0~6mpa測(cè)壓范圍內(nèi),調(diào)諧范圍為1.35nm.

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(lèi)的fbg,同時(shí)認(rèn)為施加不同載荷,觀(guān)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。

(完整版)光纖光柵傳感器的應(yīng)用

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(xiě)入、干涉法側(cè)面寫(xiě)入、相位模版法寫(xiě)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(lèi)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。

根據(jù)光纖布喇格光柵的光學(xué)傳感原理,提出了一種基于懸臂梁及金屬?gòu)椥阅て墓饫w布喇格光柵沉降傳感器結(jié)構(gòu),對(duì)其傳感特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究.實(shí)驗(yàn)通過(guò)產(chǎn)生水的液位差來(lái)模擬地基沉降,分析結(jié)果顯示,光纖布喇格光柵中心反射波長(zhǎng)漂移對(duì)液位差呈現(xiàn)良好的線(xiàn)性關(guān)系,線(xiàn)性度高于0.999,靈敏度可達(dá)-2.11pm/mm.通過(guò)改變懸臂梁厚度和有效長(zhǎng)度,可以對(duì)傳感器測(cè)量范圍和靈敏度進(jìn)行調(diào)整,以滿(mǎn)足各種應(yīng)用場(chǎng)合.綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果,該傳感器在橋梁、鐵路地基等沉降監(jiān)測(cè)方面具有重要意義.

理論分析和模擬計(jì)算了少模光纖布拉格光柵基模及高階模的耦合與傳輸特性,得到在相同外部折射率變化情況下,少模光纖基模與高階模耦合對(duì)應(yīng)的布拉格波長(zhǎng)變化,比正、反向基模之間耦合對(duì)應(yīng)的布拉格波長(zhǎng)變化顯著增大。實(shí)驗(yàn)上制作了少模光纖布拉格光柵,測(cè)量了基模之間以及基模與高階模之間對(duì)應(yīng)的布拉格波長(zhǎng)隨外部折射率、溫度變化的情況,得到與理論分析相符的結(jié)果。而對(duì)于溫度變化對(duì)折射率測(cè)量結(jié)果干擾的問(wèn)題,提出了通過(guò)計(jì)算布拉格波長(zhǎng)差來(lái)克服溫度影響的方法。這些結(jié)果為采用布拉格光纖光柵測(cè)量外部折射率變化提供了一種新的途徑。

研究并實(shí)現(xiàn)了一種基于雙衍射光柵的光纖布拉格光柵(fbg)傳感器解調(diào)系統(tǒng)。該解調(diào)系統(tǒng)的光路由準(zhǔn)直鏡、衍射光柵、柱面反射鏡和光電探測(cè)器等器件組成。通過(guò)準(zhǔn)直鏡后不同波長(zhǎng)的平行光束經(jīng)過(guò)衍射光柵后在空間展開(kāi),通過(guò)柱面反射鏡聚焦在光電探測(cè)器成像面上。該光路通過(guò)采用兩塊衍射光柵的方法在減小解調(diào)系統(tǒng)尺寸的同時(shí)提高光學(xué)空間分辨力,采用線(xiàn)陣探測(cè)器替代掃描機(jī)構(gòu)從而簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。從理論上分析了光束經(jīng)過(guò)該系統(tǒng)后的空間光強(qiáng)分布,根據(jù)光強(qiáng)的高斯分布采用多項(xiàng)式擬合的方法實(shí)現(xiàn)了反射光譜峰值定位算法。通過(guò)與高精度光譜儀的測(cè)量結(jié)果對(duì)比表明,該解調(diào)方法具有較高的波長(zhǎng)解調(diào)精度和穩(wěn)定性。