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(qiáng)度懸臂梁的上下兩表面。采用雙光柵粘貼方式對(duì)傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償,有效的解決了應(yīng)變與溫度交叉敏感的問(wèn)題,提高了測(cè)量靈敏度。實(shí)驗(yàn)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(cè)量精度為0.5%。

基于對(duì)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(qiáng)先快速增大而后變化平緩.采用分布式光纖bragg光柵(fbg)對(duì)光纜繞線裝置上纜層的靜態(tài)壓力進(jìn)行了實(shí)時(shí)傳感,理論上給出了fbg的中心波長(zhǎng)偏移量與體系壓強(qiáng)的定量關(guān)系,實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)各層fbg的中心波長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果符合得很好.該技術(shù)解決了光纜繞線過(guò)程中無(wú)法對(duì)纜層所受壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的難題.

當(dāng)環(huán)境相對(duì)濕度發(fā)生變化時(shí),濕敏材料的某些物理特性也會(huì)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(zhǎng)變化能直觀反映濕度的變化?；诖?文章設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)測(cè)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(duì)濕度發(fā)生變化時(shí),濕敏材料的某些物理特性也會(huì)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(zhǎng)變化能直觀反映濕度的變化?；诖?文章設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)測(cè)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(jì)算機(jī)信息》（測(cè)控自動(dòng)化）２００６年第２２卷第４－１期 ３６０元／年郵局訂閱號(hào)：８２－９４６《現(xiàn)場(chǎng)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(wú)損檢測(cè)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(duì)式傳感器，波長(zhǎng)調(diào)制式光纖ｂｒａｇｇ光柵傳感器對(duì)應(yīng)變的響應(yīng)為０．９ｐｍ／

對(duì)光纖bragg光柵(fbg)溫度傳感在77k-150k和300k-500k之間進(jìn)行了測(cè)試,得出溫度與波長(zhǎng)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(zhǎng)關(guān)系不一致的原因.77k-150k情況下,溫度與波長(zhǎng)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(zhǎng)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)的基礎(chǔ)上,以昆明白泥井3#隧道為實(shí)例,提出fbg傳感器在隧道內(nèi)的鋪設(shè)方案及溫度補(bǔ)償技術(shù)。經(jīng)過(guò)對(duì)隧道斷面的24h連續(xù)監(jiān)測(cè),討論隧道內(nèi)最大溫差對(duì)bragg反射中心波長(zhǎng)變化的影響,并對(duì)隧道每一監(jiān)測(cè)斷面上溫度傳感系統(tǒng)所取得的bragg波長(zhǎng)值進(jìn)行可靠性的估計(jì),驗(yàn)證fbg監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性。對(duì)隧道進(jìn)行8個(gè)月的定期監(jiān)測(cè),并對(duì)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(cè)點(diǎn)應(yīng)變波動(dòng)的重要因素,而雨季是致使測(cè)點(diǎn)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(shí),研究結(jié)果表明,fbg可準(zhǔn)確地測(cè)出隧道的應(yīng)變分布,將其應(yīng)用于隧道變形監(jiān)測(cè)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(bào) journalofwuhanuniversityoftechnology vol.25no.5 may2003 文章編號(hào):16714431(2003)05000703 新型光纖bragg光柵振動(dòng)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(dòng)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,針對(duì)存在的問(wèn)題,結(jié)合光纖bragg光柵傳感系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn),提出了一種新型的 光纖bragg光柵振動(dòng)傳感系統(tǒng),并進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究。 關(guān)鍵詞:光纖;bragg光柵;振動(dòng)傳感器 中圖分類號(hào):tp212.14文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:a 收稿日期:20030125. 作者簡(jiǎn)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(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)模Q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、

為避免布拉格光纖光柵溫度與應(yīng)力測(cè)量時(shí)的交叉敏感問(wèn)題,文中提出一種基于微機(jī)電加工工藝的沙漏型fbg結(jié)構(gòu),通過(guò)各向同性腐蝕改變包層厚度,使其再受壓力時(shí)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(zhǎng)漂移使帶寬展寬很小,通過(guò)檢測(cè)輸出光強(qiáng)的大小間接測(cè)量壓力大小,有效避免溫度與應(yīng)力的交叉敏感問(wèn)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(kāi)　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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,　南京210016) 　　提要　本文對(duì)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(shí)現(xiàn)了對(duì)應(yīng)變的測(cè)量。通過(guò) 對(duì)光纖智能夾層的理論分析和試驗(yàn)研究,分析了應(yīng)變對(duì)傳感系數(shù)的影響,研究了f-p光纖傳感器檢測(cè)的應(yīng)變與所受的載荷 及bragg光柵傳感器波長(zhǎng)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(xiàng)目:寧德師專引進(jìn)人才科研項(xiàng)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(cè)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(qiáng)和對(duì)溫度極其敏感的光纖布拉格 光柵(fbg)傳感器。光信號(hào)通過(guò)該傳感器進(jìn)行傳輸和測(cè)量,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的無(wú)電監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)以數(shù)字信號(hào)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(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)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(jī)理,用2個(gè)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(gè)光柵作為參考臂,另一個(gè)作為傳感臂:采用外差探測(cè)技術(shù)來(lái)測(cè)量外界的溫度物理量。當(dāng)溫度發(fā)生變化,bragg光柵的波長(zhǎng)也隨之改變。外差探測(cè)用來(lái)探測(cè)傳感臂和參考臂由于溫度變化引起的輸出信號(hào)的頻率差異。對(duì)其動(dòng)態(tài)測(cè)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(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土的拉、壓應(yīng)變及溫度的測(cè)量。結(jié)果顯示,在試驗(yàn)梁彈性階段,可以較為準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)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(duì)線性啁啾光纖bragg分段切趾的兩個(gè)重要參數(shù):分段切趾比例和分段切趾強(qiáng)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(gè)參數(shù)對(duì)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(cè)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力、溫度等其它參數(shù)。針對(duì)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(zhǎng)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(gè)因素對(duì)埋入式fbg的徑向應(yīng)力傳感性能的影響。經(jīng)研究得出,對(duì)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(duì)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(guò)程會(huì)造成位置誤差。分析得出,當(dāng)fbg實(shí)際埋入位置較指定位置偏右時(shí),位置函數(shù)隨著傾斜角度的增大而變大;當(dāng)實(shí)際埋入位置較指定位置偏左時(shí),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(cè)系統(tǒng)和傳感器件可靠性低、壽命低和抗干擾能力差的問(wèn)題,提出了一種新型的基于光纖光柵技術(shù)的測(cè)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(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)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(wèn)題,基于光纖光柵傳感原理及彈性膜片結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了一種新型的溫度補(bǔ)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(zhǎng)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(duì)靈敏度的影響,利用有限元軟件abaqus對(duì)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(shí)驗(yàn)的靈敏度為35.6pm/mpa,經(jīng)溫度補(bǔ)償后的實(shí)際靈敏度為37.62pm/mpa,實(shí)現(xiàn)了壓力測(cè)量中的溫度補(bǔ)償。測(cè)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(chǎng)應(yīng)用結(jié)果證實(shí)了光纖光柵傳感技術(shù)在煤礦安全監(jiān)測(cè)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(shí)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(duì)光柵在通信與傳感領(lǐng)域應(yīng)用具有參考的價(jià)值。

光纖光柵傳感器光纖光柵傳感器

設(shè)計(jì)并實(shí)驗(yàn)研究了一種基于機(jī)械微應(yīng)變引入長(zhǎng)周期光纖光柵(mlpfg)的橫向壓力傳感系統(tǒng)。利用機(jī)械線加工技術(shù)制作周期為600μm,長(zhǎng)度為60mm的不銹鋼壓力槽板,測(cè)定了槽板對(duì)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(shí)驗(yàn)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(dòng)小于0.06db,具備良好的穩(wěn)定性。采用中心波長(zhǎng)為1542.890nm的fbg實(shí)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(cè)系統(tǒng)的實(shí)用性。

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