溫度補償方法去敏的新型光纖光柵壓力傳感器

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。

在使用光纖光柵應(yīng)變傳感器對結(jié)構(gòu)應(yīng)變進行監(jiān)測的過程中,為了解決光纖光柵的中心波長對溫度與應(yīng)變交叉敏感的問題,從光纖光柵傳感器的微觀結(jié)構(gòu)及其工作時與混凝土的相互作用機理出發(fā),給出了利用光柵溫度傳感器對光柵應(yīng)變傳感器進行點對點溫度補償?shù)姆椒?通過對應(yīng)變傳感器測得的數(shù)據(jù)進行修正,來獲得由荷載引起的結(jié)構(gòu)真實應(yīng)變值。利用實際工程中的測量數(shù)據(jù)對該方法進行了驗證,得到了較為理想的效果。

光纖光柵傳感器光纖光柵傳感器

(完整版)光纖光柵溫度傳感器

光纖光柵溫度傳感器

通過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,同時能提供溫度補償。通過實驗證明了這種傳感光柵反射峰的波長變化隨應(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0.65nm。同時分辨力也有所提高,達到滿量程的1%。

根據(jù)裸光纖光柵(fbg)對應(yīng)變的靈敏度遠高于對壓力的靈敏度這一特點,設(shè)計了一種基于等強度梁結(jié)構(gòu)的fbg冰力傳感器,并可以通過調(diào)節(jié)封裝構(gòu)件的尺寸調(diào)節(jié)其測量壓力的靈敏度系數(shù)。對傳感器的標定結(jié)果顯示,這種fbg冰力傳感器的線性相關(guān)度良好,實測的靈敏度系數(shù)與理論值一致。該種傳感器在冰激橋墩振動模型試驗中得到了應(yīng)用,成功監(jiān)測了橋墩在不同冰速撞擊下受到的冰力。實驗表明,這種fbg傳感器靈敏度高、可靠性好、對結(jié)構(gòu)自身的影響很小,可直接測量冰的撞擊力,適合于模型實驗中的冰力監(jiān)測。

直接監(jiān)測電力設(shè)備內(nèi)部元件所受應(yīng)力可以直觀反映電力設(shè)備的運行狀態(tài),傳統(tǒng)的監(jiān)測手段不能直接深入電力設(shè)備內(nèi)部進行檢測.研制了一種帶溫度補償?shù)墓饫wbragg光柵應(yīng)變傳感器,可以對電力設(shè)備內(nèi)部元件所受應(yīng)力和溫度進行檢測.研制的應(yīng)變傳感器選取了35kv干式空心電抗器作為實驗對象,監(jiān)測了一次干式電抗器固化過程中包封所受應(yīng)力和溫度的變化趨勢.將為變電站內(nèi)高壓電力設(shè)備的實時監(jiān)控提供理論和實踐依據(jù).

光纖光柵應(yīng)變傳感器在測量過程中存在溫度和應(yīng)變交叉影響的問題,且溫度對應(yīng)力測量結(jié)果影響較大。為獲得精確的應(yīng)力測量結(jié)果,必須大幅度減少或消除溫度的影響。目前參考光柵法或溫度測量系數(shù)修正法,難獲得理想的結(jié)果。文中提出以截面對稱的懸臂梁結(jié)構(gòu)作為敏感元件,利用其上下表面拉壓異號等應(yīng)變和溫度變化同應(yīng)變的原理,通過在懸臂梁上下表面對稱粘貼兩根光纖光柵,利用結(jié)果差來消除溫度影響,并提高測量靈敏度。文中對此種溫度自補償新型光纖光柵應(yīng)變傳感器的傳感性能進行了研究,并將此類傳感器安裝在拉索的錨具上進行索力測量。研究結(jié)果表明:研制的光纖光柵應(yīng)變傳感器,能大幅度降低溫度的影響,達到溫度自補償?shù)哪康?將此類傳感器用于索力測量,具有較高的精度及靈敏度,能滿足工程應(yīng)用的實際需要。

微電子技術(shù)的發(fā)展促進了硅傳感器的加工工藝水平的提高,使硅傳感器獲得良好的一致性、穩(wěn)定性和可靠性,而半導(dǎo)體的溫度特性使硅壓力傳感器的零點和靈敏度隨溫度而發(fā)生漂移。針對硅壓阻式壓力傳感器這一"弱點",介紹一種基于壓力芯片的惠斯頓電橋建立外接電阻補償網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型,利用matlab優(yōu)化工具箱提供的優(yōu)化方法構(gòu)建算法,對補償電阻求解,實現(xiàn)對溫度漂移的補償。該方法更有助于基于硅壓阻式壓力芯片的oem型產(chǎn)品的大規(guī)模量產(chǎn)。

temperaturesensorandpressuresensor introduction pressuresensor thepressuresensorisanindustrialpractice,instrumentcontrolthemost commonlyusedsensors,andwidelyforavarietyofindustrialautomation environment,involvingwaterutilities,railwaytransport,productionautomation, aerospace,military,petrochemical,oil,electricity,shipbuilding,machinetools, pipesandmanyoth

光纖布拉格光柵(fbg)中心反射波長隨溫度變化會發(fā)生漂移,影響光纖激光器輸出波長的穩(wěn)定性和光纖光柵傳感器精度。為消除光纖光柵中心波長溫漂特性,設(shè)計了一種新型光纖光柵溫度補償裝置,詳細闡述了其工作原理,并理論推導(dǎo)了點膠位置的計算公式。這種新結(jié)構(gòu)易調(diào)整光纖光柵粘結(jié)位置,從而可調(diào)整光纖光柵溫度補償有效長度。為驗證結(jié)構(gòu)設(shè)計和理論分析的正確性,搭建了實驗系統(tǒng),并對封裝前后光纖光柵中心反射波長溫度漂移率進行了測試。測試結(jié)果表明,在-30~70℃溫度范圍內(nèi),封裝前光纖光柵中心反射波長的溫度漂移率為0.0095nm/℃,封裝后中心反射波長溫度漂移率僅為0.0002nm/℃,溫度穩(wěn)定性提高了約40倍。

提出了一種光纖光柵的銅片封裝工藝,并通過實驗和理論分析研究了光纖光柵的應(yīng)變和溫度傳感特性.與裸光纖光柵的測試結(jié)果相比,銅片封裝工藝基本不改變光纖光柵應(yīng)變傳感的靈敏度,但是溫度靈敏度系數(shù)提高了2.78倍.經(jīng)過銅片封裝后的光纖光柵可以探測到的應(yīng)變和溫度分別為1με和0.03℃,便于工程應(yīng)用.

介紹以數(shù)字信號處理器tms320f2810為核心,用于壓阻式壓力傳感器的數(shù)據(jù)采集與溫度補償系統(tǒng)設(shè)計。為了提高系統(tǒng)的精度,除了使用恒流源補償法,還根據(jù)數(shù)字溫度傳感器ds18b20提供的溫度參數(shù),通過dsp對測量結(jié)果進行溫度補償軟件算法處理。給出了系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計方案。

光纖光柵傳感器的應(yīng)用 一、光纖光柵傳感器的優(yōu)勢 與傳統(tǒng)的傳感器相比,光纖bragg光柵傳感器具有自己獨特的優(yōu)點: (1)傳感頭結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、外形可變,適合埋入大型結(jié)構(gòu)中, 可測量結(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,對被測介質(zhì)影響小,又具有抗腐蝕、抗電磁干擾的特 點,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光柵,構(gòu)成傳感陣列,與波分 復(fù)用和時分復(fù)用系統(tǒng)相結(jié)合,實現(xiàn)分布式傳感; (5)測量信息是波長編碼的,所以,光纖光柵傳感器不受光源的光強波 動、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,有較強的抗 干擾能力; (6)高靈敏度、高分

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(fù)用的基礎(chǔ)上添加光時分復(fù)用來改進傳感網(wǎng)絡(luò)布置,提高測量精度;同時,設(shè)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(jié)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(jié)果表明,該fbg形狀傳感器的測量精度為3.1％.

基于壓電陶瓷的光纖光柵傳感器的設(shè)計。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。由實驗結(jié)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(guān)系,線性擬合度可達0.99,線性調(diào)諧的波長范圍約為1.6nm。

提出并研究了一種新穎的鐘擺式光纖光柵(fbg)二維傾斜角傳感器,其擺桿頂端采用圓錐結(jié)構(gòu),兩個fbg沿著母線方向并間隔四分之一圓周粘貼在圓錐表面,擺桿下端固定一定質(zhì)量的重物。在傾斜角發(fā)生變化時,圓錐表面產(chǎn)生的沿著母線方向梯度分布的應(yīng)變場使fbg產(chǎn)生啁啾效應(yīng)。利用功率譜平坦的寬帶光源,通過監(jiān)測兩個fbg的反射光強變化,可實現(xiàn)二維傾斜傳感。此外,由于光纖光柵的反射光強不隨溫度變化,所以該傳感器的測量對溫度不敏感。實驗在±4°范圍內(nèi)測得該傳感器的靈敏度為1.96μw/(°),精度為±0.125°。

光纖光柵位移傳感器

針對纜索局部埋植傳感器測試索力的特殊要求,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)計保證纜索索力測試的大應(yīng)力監(jiān)測要求。針對應(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械連接方式進行了張拉性能測試。由標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,光纖光柵實際中心波長變化不超過2900pm,達到了減敏效果,傳感器可以滿足大索力長期測試要求。

采用耦合波理論分析了光纖光柵對光的反射機理及其傳感原理,提出了光纖光柵在溫度測量和位移測量中的應(yīng)用方案,給出了實驗結(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,它是一種光纖無源器件,具有可靠性好,測量精密度高,抗電磁干擾強等特點。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)展過程、光纖光柵傳感器的原理、以及在傳感方面的現(xiàn)狀和運用,并分析光纖光柵傳感器在實際工程應(yīng)用中的一些瓶頸之處,且提出了相關(guān)的看法。