低损耗超声波金属化光纤布拉格光栅传感特性研究

传统胶粘式表贴封装的光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器在长期使用过程中易出现蠕变、老化等现象,采用性质稳定的金属材料代替高分子聚合物胶粘剂封装可解决上述问题。采用超声波焊接法对FBG进行全覆盖式封装,实现了超低损耗表贴式金属化封装结构,并研究了其温度和应变传感特性。结果表明:采用超声波焊接法进行金属化封装对FBG造成的传输损耗仅为0.04dB,封装后FBG传感器的温度灵敏度系数为26.44pm/℃,应变灵敏度系数为1.18 pm/με,温度和应变传感拟合R-Squared均达到0.9996以上。可见,采用超声波焊接法能够实现结构简单、传感性能可靠的低损耗金属化FBG温度和应变传感器的制作。

表贴式矿用FBG传感器应力传感特性分析研究

本文重点对表贴式矿用光纤布拉格光栅(FBG)传感器应力传感特性进行了分析研究,针对表贴式FBG传感器应力传感特性受基体剪切模量进行系统性的分析,建立表贴式FBG应变三层结构理论分析模型,推导表贴式FBG的应变传递数学表达式,从基体的剪切模量角度分析矿用FBG传感器应力传感特性。通过试验分析总结,得出铜基体材料应变和波长线性关系最佳,可达99.89%,表贴式FBG基体剪切模量越大,应力与波长线性度越好,为矿用FBG传感器结构设计和灵敏度优化提供理论研究基础。

MEMS微电容式传感器的传感特性研究

针对传统的传感器无法进行长期健康监测的不足,研发出一套新型的基于MEMS的硅微电容式传感器。对所研制的MEMS传感器的静态传感特性和动态特性进行了理论分析和对比实验研究。结果表明:MEMS硅微电容式传感器在反复加卸载实验中,线性拟和度均在0.999%F.S以上,灵敏度系数为6.9840με/kN,其重复性误差为1.43%F.S;其动态传感特性与传统的加速度计吻合的很好。

基于双光栅级联结构的温度及浓度传感特性测试

研究了长周期光纤光栅(LPFG)级联布拉格光纤光栅(FBG)结构的温度及浓度传感特性。利用飞秒激光直写制作LPFG并级联FBG,且FBG波谷位于1 551.9 nm,LPFG波谷位置为1 560.5 nm。在30~50℃温度变化范围内对传感器温度特性进行测试,并在25℃超净环境下对浓度为3%~30%的葡萄糖溶液进行敏感性测试。实验结果表明:升温过程FBG中心波长发生红移,灵敏度26.36 pm/℃,线性度0.950 8;LPFG中心波长发生蓝移,灵敏度-24.55 pm/℃,线性度0.914 2。降温过程FBG中心波长发生蓝移,灵敏度25.00 pm/℃,线性度0.945 8;LPFG中心波长发生红移,灵敏度为-21.82 pm/℃,线性度0.921 2。FBG对浓度变化不敏感,当浓度由3%增至30%时,LPFG中心波长发生蓝移,灵敏度196.36 pm,线性度0.956 5。结果表明该光纤传感器灵敏度高,线性度好,可以同时动态实现温度和浓度的测量。

壳聚糖-CdS复合膜制备及其对吡啶的传感特性

利用壳聚糖(CS)易于成膜的特点,模拟生物矿化,在有机物调制下通过异相成核生长制备了CS/CdS纳米颗粒复合膜.研究了成膜条件对膜的水热稳定性和发光性能的影响,以及CS/CdS纳米颗粒复合膜对水体中吡啶的响应特性.扫描电镜分析表明CS/CdS纳米颗粒复合膜均匀性好,CdS以物理掺杂方式均匀分布于CS薄膜中,CdS颗粒尺寸在70nm左右.但薄膜荧光光谱位置和形状表明实际发光的CdS簇集体直径小于20nm.由此推测电镜观察到的CdS颗粒可能是由许多CdS小颗粒聚集而成,小颗粒之间因有机物的存在而相互隔离.CS/CdS纳米颗粒复合膜的荧光发射对水体中吡啶的存在十分敏感,微量吡啶的存在会引起薄膜荧光发射急剧增强.除铜和碘离子外,水体系中其他常见离子对薄膜荧光发射没有显著影响,预期CS/CdS纳米颗粒复合薄膜有可能发展成为一种重要的水体系吡啶测定专用传感薄膜材料.

光纤布喇格光栅温度传感特性的研究

对光纤布拉格光栅的温度传感特性进行了理论分析,并进行了试验验证,得到了利用通信光纤写入光纤光栅的温度传感灵敏度系数。为了提高光纤光栅的温度敏感特性,研究了管式环氧树脂封装光纤光栅的温度传感特性。研究结果表明:光纤光栅对温度非常敏感,具有很好的线性度;经过管式环氧树脂封装的光纤光栅明显地提高了温度敏感特性;用光纤光栅可以方便制作分布式温度传感器。

长周期光纤光栅温度和应力传感特性研究

本文报道了长周期光纤光栅（ＬＰＧ）温度和应力传感特性的实验研究结果，测得ＬＰＧ的温度和应力灵敏系数均高于光纤布喇格光栅（ＦＢＧ）灵敏系数的典型值，在１１～８０℃和０～１００ｇｆ的温度和应力测量范围内，温度和应力响应曲线具有较好的线性基于同一ＬＰＧ不同透射波长具有不同温度和应力灵敏度的特性。

碳纤维树脂基复合材料的传感特性研究

通过伏安特性实验,表明碳纤维树脂基复合材料的伏安特性曲线基本过零点,且线性较好,其电流-电压关系符合欧姆定律。通过对碳纤维树脂基复合材料进行拉伸、循环加载等试验,得到其电阻随变形而变化的规律为:在弹性范围内,拉伸加载时电阻值呈可逆地增加;卸载时电阻值呈可逆地减小。结果表明,碳纤维树脂基复合材料具有良好的电阻-变形敏感性,灵敏度高于60,具有满意的线性度和良好的重复性,蠕变很小,稳定性较好。

高灵敏度光纤光栅传感特性测试仪研制

本文报道了一种新颖的光纤光栅传感测试仪，仪器的波长变化分辨率可达０００２ｎｍ，应变分辨率达１７με本仪器可以用于光纤布喇格光栅传感实用化测量。

荧光光纤光栅传感特性的实验研究

在载氢掺铒光纤上写入Bragg光纤光栅,得到新型光子学器件荧光光纤光栅.分别对其Bragg波长(λB)及荧光寿命(τ)的温度(T)及应变(ε)响应特性进行了实验研究,并且给出了λB和τ分别关于(T,ε)的拟合方程.实验结果表明:荧光光纤光栅的λB对T和ε的响应具备一般Bragg光纤光栅的优良特性,测得温度灵敏度为11.1pm/℃,应变灵敏度为1.19pm/με;而且τ对T和ε的响应也具有良好的线性关系,温度灵敏度为0.59μs/℃,应变灵敏度为6.16ns/με.实验结论为解决温度应力交叉敏感、实现温度应力的同时监测提供一条新颖的途径.

连续碳纤维增强水泥基复合材料的传感特性研究

修补和加固的在役混凝土结构需要有效的手段来监测和评定其安全状况。研究了连续碳纤维增强水泥基复合材料三点弯曲梁在不同加载方式下,其电阻与变形之间的变化规律,探究连续碳纤维增强水泥基复合材料的传感特性。结果表明,连续碳纤维增强水泥基复合材料试样的应变-电阻敏感度高于电阻应变片,线性度、滞后性较好,蠕变小,稳定性较好。据此,可将连续碳纤维增强水泥基复合材料用来制作感知结构损伤的传感器,实现对大型土木结构的在线健康监测。如果将其用作修补材料,那么在修补加固破损结构的同时,还可利用其应变-电阻敏感性长期在线动态监测结构的损伤及修补质量。

测频测周方法集成下高分子湿度传感特性研究

在研制智能化湿度仪的测频测周集成方法基础上， 建立传感阻频电路的数学模型， 研究湿敏元件的等效电阻和等效电容随湿度变化规律， 并指出了获得良好湿敏传感特性的方法.

变风量末端装置风量传感特性的试验研究

对变风量末端装置在不同工况下的风量传感特性进行了试验研究。结果表明,小风量、高静压、风管局部构件和较短的进口直管段长度等因素都会对风量传感器的传感特性产生不利影响;整流装置能很好地保证风量测量的准确性,这对缩短末端装置前的直管段长度,减少工程安装所占用的空间是十分有利的。

炭毡传感特性研究

通过对炭毡进行拉伸、循环加载等试验,研究了其电阻随变形而改变的规律。结果表明:在弹性范围内,拉伸加载时,电阻值呈可逆性增加;卸载时,电阻值则为可逆性减小。炭毡具有良好的电阻-变形敏感性,且有满意的线性度和良好的重复性。炭毡通电处理后,其电阻值更加稳定,在循环载荷下,重复性比未通电前好。炭毡作为一种新型的传感元件,可用于监测工程结构的服役状况。

金属纳米薄膜对大孔径光子晶体光纤传感特性的影响

基于全矢量有限元法研究了金属纳米薄膜对大孔径光子晶体光纤(PCF)传感特性的影响。针对所设计的大孔径PCF传感模型,数值模拟了PCF材料中金属纳米薄膜厚度不同以及不均匀时所表现的吸收特性:当金属纳米薄膜的厚度为均匀的30 nm和40 nm时,分别在0.535μm和0.565μm处出现非常明显的吸收峰,且HEx11和HEy11两个模式完美简并;当有一个空气孔中的金属纳米薄膜厚度为30 nm,其他空气孔中的金属纳米薄膜厚度为40 nm时,HEx11和HEy11模式的损耗曲线明显不简并,能够表现出两种金属纳米薄膜厚度的吸收特性;模拟计算了所设计传感器不同测量方法所表达的灵敏度与分辨率。研究结果为PCF传感器中金属纳米镀膜的实际操作和使用提供了理论依据。

Sagnac干涉式光纤水听器传感特性理论研究

从理论上分析了Sagnac光纤水听器传感特性与信号频率、探头传感光纤长度、延时光纤长度之间的关系。分析结果表明,Sagnac光纤水听器对于相同的信号频率,其声压相位灵敏度变化周期仅与探头在Sagnac环中位置有关,延时光纤长度增加,声压相位灵敏度周期随之变短。水听器声压相位灵敏度的幅值仅与传感光纤长度有关,传感光纤长度增加,水听器声压相位灵敏度随之提高。仿真计算验证了理论分析结果,对Sagnac光纤水听器的设计和应用有一定的指导意义。

碳纤维复合材料的电阻-应变传感特性研究

在研究碳纤维复合材料 (CFRP)的电阻 应变变化规律的基础上 ,本文分析了碳纤维织物形式、电极种类对电阻变化的影响。并对单向碳纤维布复合材料的导电模型进行了推导。结果表明 ,单向碳纤维布复合材料电阻变化具有较好的应变相关性 ,可作为应变传感器使用 ,达到预警及智能监测的效果。

用插值法计算任意温度下高分子湿敏传感特性

针对高分子湿敏器件在不同的相对湿度下其湿度温度系数不同的问题， 提出了一种基于插值法任意温度下高分子湿敏传感特性的计算原理， 给出在智能化仪器中实际应用的具体方法． 该方法巧秒地把一个三维的问题转化成二维问题，并加以合理地应用插值数学方法，

多模光纤光栅的应变传感特性

主要对多模光纤光栅的应变传感特性进行了实验研究,实验结果表明,光纤光栅的Bragg波长随轴向应变的变化呈现出良好的线性关系,而且其重复性相当好。实验测得的应变灵敏度为0.0011nm/(×10-6),与理论计算值相符。这些特性与单模光纤光栅的传感特性基本相同,因此可以用多模光纤光栅代替单模光纤光栅制作光纤传感器以降低成本。实验结果可以作为对光纤光栅进一步深入研究的参考。

基于多维插值补偿其他因素对传感特性影响的数学方法

针对某些传感器在多种环境因素下的特性漂移问题,提出了一种基于插值法进行多维补偿的计算原理,并给出具体的计算步骤和通用公式.该方法能最终将多维的数学模型逐步转换为二维数学问题,求得传感器在任意环境因素组合下的特性曲线,消除环境因素的影响,也可应用于存在相似问题的各类型传感器中.