温度精度补偿的光纤光栅土压力传感器

提出一种新颖的基于温度补偿的光纤光栅土压力传感器。该传感器结构具有平面膜片特点,带有预拉力的测压光栅两端固定于膜片内表面上,膜片在外界压力作用下产生向内的挠度,拉动测压光栅以实现压力传感。温补光栅单端固定,栅区呈自由状态,使之对外界压力不敏感,可以在测压过程中做到温度精确补偿。测压光栅采取与平面膜片两端粘接的固定方式,可以避免光栅波峰分裂的现象,又消除了力的中间传递,实现压力高精度测量。实验中,传感器在不同温度下所获得的压力值的范围小于0.4%FS;基于0.5 MPa的压力测量范围下,压力精度有0.38%FS。

用于水深实时测量的光纤光栅压力传感器

提出了一种新型的用于水深实时测量的光纤光栅压力传感器。传感器基于平面膜片结构,采用双光栅串联的方式,且对双光栅都施加预拉力。根据双光栅各自不同的压力系数和温度系数,可以解算出不含温度项的压力值,解决了光栅温度和应变交叉敏感问题,实现了水深实时测量的目标。传感器中光纤光栅与平面膜片直接连接,消除了力的中间传递,在实现传感器快速响应的同时又确保了深度的高精度测量。实验中,传感器在温度快速变化的环境中,深度测量值变化范围<±0.5%F S,在200 m的深度测量范围内,测量精度达到了0.4%F S。该传感器适合应用于抛弃式的温深测量探头中。

基于分布式光纤传感的长大桥健康监测应用研究

本文提出采用布里渊光时域分析技术,在某长大桥的行车方向布设传感光缆,通过荷载对比、长期应变监测等试验,实现桥梁纵向整体的线性应变测量。结果证明该技术既突破了传统点式传感器的空间连续监测瓶颈,实现分布式连续应变测量,又能用于桥梁车流荷载信息的监控及趋势预测等,对桥梁等重大结构的健康监测具有重要意义。

用于深度测量探头的光纤光栅压力传感器

提出了一种新型的应用于深度测量探头的光纤光栅压力传感器。该传感器基于双弹性膜片对称结构,双膜片均与光纤光栅直接连接。双膜片具有不同的有效受压厚度,使其具有不同的压力系数,结合不同的温度系数,利用一定算法可解算出环境压力。由于两根光栅的状态及所属结构基本相同,使其对环境的温度响应基本相同,这可以让传感器在压力测量的过程中实现温度实时补偿,特别适合深度测量探头中作为深度测量模块使用。

光纤珐珀压力传感器交叉相关快速解调算法

为实现光纤珐珀压力传感器的高分辨率和快速实时解调,提出了一种基于二分法的交叉相关快速解调算法。实验结果显示:该快速解调算法的分辨率优于传统的交叉相关解调算法,且运算速度提高了一百倍以上,解调时间小于200 ms;在与光纤光栅压力传感器的对比实验中,两者获得很好的一致性。该算法可适用于快速实时的压力测量领域(如抛弃式温深测量仪)。

一种高稳定性双端出纤型光纤光栅温度传感器

针对双端出纤型光纤光栅温度传感器线性度较差、温度测量精度低的问题,文章首先对传感器内部结构进行了优化,使光纤光栅在整个温度测量区间内不受结构件热胀冷缩的应力影响,从而提升传感器的稳定性。实验验证,采用新工艺封装的光纤光栅温度传感器在5〜65℃的范围内温度精度达到0.1℃,且重复性良好,适用于自然环境下的温度传感。

温度实时补偿的高精度光纤光栅压力传感器

提出了一种新型的温度实时补偿的高精度光纤光栅压力传感器。传感器基于弹性膜片结构,测压光栅直接与膜片连接,膜片在压力作用下产生轴向位移来拉动测压光栅以实现压力传感;温补光栅与弹性膜片分离,使之对外界压力不敏感,用以作测压光栅的温度补偿。测压光栅和温补光栅都施加一定大小的预拉力,使其对环境的温度响应基本相同,从而实现了温度实时补偿。传感器测压光栅与弹性膜片直接连接,消除了力的中间传递,在实现压力快速响应的同时又确保了高精度测量。实验中,传感器在温度快速变化的环境中,压力测量值的变化范围小于±0.7%F.S.;在25 MPa的压力测量范围内,压力精度达到了0.19%F.S.。

基于波长扫描的分布反馈有源光纤光栅传感器波长解调

提出了一种以可调谐滤波器实现波长扫描、以标准具实现波长标定的有源光纤光栅传感器波长解调方法，并搭建了相应的解调系统。对所提出的解调方法的可行性及解调系统的测量精度与稳定性进行了实验验证。结果表明,该方法可以准确地测量有源光纤光栅的光波长；解调系统在1533～1550 nm波长范围内的解调精度高于6 pm，测量波动范围在±5.7 pm之间。

用于二维倾斜测量的温度不敏感的光纤光栅传感器

设计了一种用于二维平面内的倾斜角测量的光纤布拉格光栅(FBG)传感器,采用4根光纤布拉格光栅,可用来测量平面内二维方向的倾斜角度,且无需附加温度补偿装置即可消除环境温度的影响。实验结果表明该设计具有高灵敏性和测量精度,其倾斜角度的准确度和精度非常好,大约可以达到0.009°的精度。此外,该倾斜传感器的准确度和精度还可通过增加设计中的悬垂重物质量,减小每对光纤之间的夹角来提高。如果进一步缩小该设计的整体结构大小,还可消除因空气扰动引起的4个光纤布拉格光栅温度不一致而引起的误差,减小环境温度对测量结果的影响。

基于飞秒光纤光栅的准分布式高温传感器及应用

基于飞秒激光刻写的光纤光栅在1000℃高温下具备较高的热稳定性,将其采用细金属管封装后制成飞秒光纤光栅高温传感器。经测试,该传感器的温度系数具备良好的一致性和重复性,在1000℃范围内测温精度达到±5℃。实验中,5个飞秒光纤光栅高温传感器串接成高温传感器阵列,并将3条高温传感器阵列布设在航空领域某筒状高温部件表面上中下三个部位的15个测温点进行准分布式的温度测量。结果显示,上中下三个位置最高温度分别为460℃、600℃和520℃,且周向温度基本一致。这表明基于管式封装的飞秒光纤光栅高温传感器可准确反应试验件表面的温度变化和温场分布,实现了基于飞秒光栅高温传感器的准分布式温场测量。