一种光纤布喇格光栅涡街流量传感器

在流量计量领域中,利用光纤传感技术对涡街流量计量的研究较少,故具有重要的研究意义。该文设计了一种悬臂梁式的光纤布喇格光栅涡街流量传感器,其利用悬臂梁自由端振动使光纤布喇格光栅中心波长发生周期性移位,从而测量涡街频率,得到流体流量信息。温度传感测试实验与流量传感测试实验结果表明,该传感器温度灵敏度为17 pm/℃,涡街流量灵敏度为0.01895 Hz/(L·h^(-1)),非线性误差为2.23%。实验验证了该传感器可应用于液体涡街流量计量。

基于长标距光纤光栅传感技术的智能碳纤维筋性能研究

光纤光栅(FBG)传感技术以其抗干扰、传感与传输一体化等优点,成为CFRP拉索智能监测重点研究方向之一。然而,传统CFRP拉索智能监测属于点式或局部传感,难以满足服役全时感知及高量程监测需求。因此,提出将长标距FBG传感技术与螺旋倾斜式技术复合,研制一种智能CFRP筋,并通过循环静力拉伸、低周疲劳(高应力状态下)与极限静力拉伸试验,探究各试验条件下智能CFRP筋的力学及传感性能和试验后性能损失情况。试验表明:智能CFRP筋应变传感性能在不同工况(15 kN、42 kN)下3次循环拉伸的线性相关系数均大于0.99,说明智能CFRP筋应变传感性能较好,具有可重复性,同时将FBG监测值与应变片监测值进行对比,表现出较好的吻合性。低周疲劳试验过程中FBG监测值与疲劳荷载变化规律一致,且监测值与理论应变上下限误差少于8%,试验过程中未出现数据异常、应变感知迟滞等现象,FBG存活率达到100%,验证了智能CFRP筋良好的应变传感性能,可实现智能CFRP筋轴向动应变的监测。在极限静力拉伸试验中,FBG最大波长变化量达13 454 pm,监测应变达到了11 000με以上,可实现智能CFRP筋更大量程应变的监测。经过3次循环静力拉伸和低周疲劳试验后智能CFRP筋的FBG监测值线性相关系数相比对照组试件有所提高,智能CFRP筋极限荷载有所降低,FBG应变监测量程受影响较小,前期试验主要对智能CFRP筋筋材造成了累积损伤。试验结果可为CFRP拉索智能监测的理论设计和研究提供重要的依据。

具有自标定功能的光纤光栅位移传感器

为了解决光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)位移传感器易受温度、振动等外界因素影响而导致测量重复性差的问题,本文利用磁铁非接触的力传递特性,以光纤光栅为核心元件,工字型梁、永磁体等为辅助元件研究了一种无接触的FBG位移自校准装置。利用移动端磁铁与位置标定端磁铁位置重合时,工字型梁所受磁力最大,进行位置信息的自校准,进而提高FBG位移传感器的测量重复性和测量精度。通过将自校准装置安装在卷尺结构的位移传感器上,对其传感特性展开实验研究,结果表明:在0~360 mm的测量范围内,校准前平均均方根误差为5.838 mm,校准后平均均方根误差为0.953 mm。本文采用自校准装置在很大程度上提高了FBG位移传感器的测量重复性,为位移传感器的环境适应性优化提供了一种新方法。

采用WDM技术的光纤Bragg光栅传感网络

采用绝对测量原理的波长调制技术 ,光纤Bragg光栅可组成并行、串行和阵列WDM拓扑结构 分析表明 ,光纤Bragg光栅网络的工作原理类似于一个多宽带平面镜 利用光谱仪可测量上述光纤Bragg光栅网络的反射谱 ,其中 ,光源是宽带为～ 4 0nm的掺饵光纤放大器 当网络中的光纤Bragg光栅受扰动后 ,受扰光栅的反射谱发生相应的变化 ,即Bragg波长发生相应的偏移 结果表明 ,当事先确定了光纤光栅的波长调制范围 ,反射的峰值波长能反应光纤光栅传感网络的信息 值得注意的是～ 3nm的波长调制范围可满足～ 10 0℃和～ 2 0 0 0

光纤Bragg光栅温度和应变传感特性的试验研究

在光纤Bragg光栅传感原理的理论分析基础上,采用保温装置和等强梁结构对其温度和应变传感特性进行了试验研究,并做了试验结果的误差分析。其结果表明光纤光栅的Bragg波长随温度和轴向应变的变化呈现出良好的线性关系,且重复性较好。试验测得的温度灵敏系数升温时约为9.54 pm/℃,降温时约为9.53 pm/℃,理论计算值约为9.72 pm/℃;应变灵敏系数加载时约为1.006 pm/με,卸载时约为1.005 pm/με,理论计算值约为1.011 pm/℃;其试验值与理论计算值吻合得很好。同时介绍了一种简单实用的温度补偿技术,得出了考虑温度补偿后的实际应变与光栅波长的关系式,并采用焊接应力在线监测试验对其温度和应变传感特性的标定值进行了验证,为光纤Bragg光栅在铝合金工程结构中进行温度和应变监测提供了理论依据和试验数据,对光纤Bragg光栅传感测量的工程应用具有借鉴作用和重要意义。

基于超弱光纤光栅的声波传感探头增敏方法研究

针对光纤直接探测声波时灵敏度低的问题,提出一种超弱光纤光栅缠绕式薄壁圆筒的声波传感探头增敏方法。理论分析了薄壁圆筒半径、壁厚、弹性模量等参数对光纤探头声增敏的影响,仿真分析了光纤缠绕方式对探头谐振频率的影响,优化设计了弹性管式探头的结构。搭建了基于超弱光纤光栅声波传感系统,并对探头的声敏特性进行了测试。实验结果显示,探头的声压灵敏度最高可达到6.39746 rad/Pa(-103.8798 dB re rad/μPa),在1000~2000 Hz的平均声压灵敏度为3.30341 rad/Pa(-109.6208 dB re rad/μPa);相较于未增敏的裸光纤,探头的平均声压灵敏度提高了约31 dB。

粘接层弹性模量对光纤Bragg光栅传感器应变传递性能的影响

考虑光纤Bragg光栅(FBG)粘接层的材料特性会直接影响FBG传感器的应变测量精度,本文根据粘接层应变传递模型,结合应变传递系数K的表达公式,在确定粘接层结构尺寸参数的前提下,仿真分析了粘接层弹性模量对应变传递系数K的影响。分析结果表明,金属材料的应变传递效率明显优于有机胶的应变传递效率。进行了传递效果评价对比试验,结果表明,铅粘接层的应变传递系数维持在0.98左右,环氧树脂粘接层的应变传递系数维持在0.90左右,前者比后者的应变传递效率提高了约8.9%,显示将粘接材料由环氧树脂改进为铅后,可大大提高应变测量的精度,更加充分发挥光纤器件自身优越的应变测量能力。

双悬臂梁光纤Bragg光栅应力传感器

报道了一种新颖的光纤Bragg光栅应力传感器.理论分析和实验证明了这种传感器Brrag光栅中心波长随应力变化的线性工作区.将光纤Bragg光栅贴于双悬梁的梁端面,在双悬梁的自由端部施加载荷,对光纤Bragg光栅的应力响应特性测试.当所加载荷为300 g时,光纤Bragg光栅中心波长变化了0 .156 nm.从实验上获得了-0 .05 nm/N的应力响应灵敏度.该结构具有应力增敏作用,且应力响应的线性、重复性和迟滞性较好.应力响应灵敏度随着梁的大小以及材料的力学参量的改变而改变.

双膜式光纤Bragg光栅土压力传感器的研究

采用双膜油腔结构研制了一种双膜式光纤Bragg光栅土压力传感器,偏压试验表明,此土压力传感器有效改善了与土压力传感器接触部分土压力分布不均的问题。在土压力的作用下,一次膜片变形产生的压力经传压油传递给二次膜片,传压杆与等强度悬臂梁刚性连接,二次膜片中心发生的挠度变化推动传压杆,使等强度悬臂梁的自由端发生同样大小的挠度变化。通过检测粘贴于等强度悬臂梁表面中心轴线上的光纤Bragg光栅的波长移位可获得土压力。载荷试验表明,传感器的灵敏度为412.7 pm/MPa,非线性误差为1.97%FS,重复性误差为3.68%FS。

基于光纤Bragg光栅反射波带宽展宽的压力传感研究

报道了一种新颖的光纤Bragg光栅压力传感装置 ,提出并实现了利用光纤Bragg光栅反射波带宽展宽实现压力传感的新方法 利用压力作用下双孔悬臂梁非均匀应变带动光栅使Bragg反射波漂移的同时带宽展宽 ,实现压力传感 在 0～ 2 3 .5N的测量范围内 ,基于光谱分析仪 0 .0 5nm的光谱分辨率 ,压力分辨率为 0 .54N ,带宽最大展宽量 2 .1 4nm ,压力响应曲线具有良好的线性 多次测量表明 :展宽波型稳定 。

光纤Bragg光栅压力传感机理研究

对光纤Bragg光栅的压力传感机理进行了理论研究。分析了引起光纤光栅中心波长偏移的各种物理效应,并对几种不同形式压力下各种物理效应所引起的灵敏度系数进行了计算。计算结果表明,纵向和横向压力灵敏度系数相反,屏蔽一个方向可获得较大的压力传感灵敏度;波导效应所引起的应变灵敏度系数都比弹光效应小几个数量级,因此可以忽略。并首次提出在不同方向的压力作用下,弹光效应对应变灵敏度具有不同的贡献。

光纤Bragg光栅应变传感研究

基于光纤Bragg光栅应变传感模型 ,利用泰勒级数展开法 ,将光纤Bragg光栅反射峰中心波长所满足的Bragg方程展开 ,得到了中心波长相对偏移量与应变增量之间的二次解析关系式 ,进而得到了光纤Bragg光栅一阶、二阶应变灵敏度系数的解析表达式 ,计算了一阶、二阶应变灵敏度系数的理论值 ;并将光纤Bragg光栅粘贴在悬臂梁上进行拉伸和压缩 ,得到了与应变对应的光纤Bragg光栅中心波长偏移量 ,通过线性和二次多项式拟合 ,得到了光纤Bragg光栅一阶、二阶应变灵敏度系数的实验值 ;

基于封装光纤Bragg光栅传感器的混凝土应变监测试验研究

研究了光纤Bragg光栅封装工艺,提出并实现了两种封装光纤Bragg光栅传感器:工字型钢管封装光纤Bragg光栅应变传感器及钢管封装光纤Bragg温度传感器。研究了传感器的埋设工艺,采用金属丝固定法、钢管抽出法两种方法进行了埋设。将它们埋入到钢筋混凝土梁中,实现对混凝土的拉、压应变及温度的测量。结果显示,在试验梁弹性阶段,可以较为准确的监测混凝土应变。

光纤Bragg光栅传感器在变压器铁芯测温中的应用

影响变压器绝缘老化的主要因素之一是运行时铁芯的温度。铁芯温度越高,绝缘老化越快,变压器寿命也就越短。研制了一种利用光纤Bragg光栅测量变压器铁芯温度的传感器,将套有陶瓷套管的光纤Bragg光栅温度传感器安装在变压器铁芯中柱上轭表面。当铁芯的温度发生改变时,与其接触的光纤Bragg光栅的温度也随之改变,导致光纤Bragg光栅中心波长移位,从而实现对变压器铁芯温度的测量。运行电压为75V和100V的恒定负载实验表明,恒定电压下,环境温度为15℃时,0～105min内光纤Bragg光栅中心波长分别稳定在1552.289nm和1552.299nm,变压器铁芯的温升值分别为17℃和18℃。

光纤Bragg光栅的谐振传感实验研究

利用微悬臂梁对光纤 Bragg光栅的振动传感特性进行了实验研究 ,其频率传感范围达到 2 .5 k Hz,并给出了实验拟合曲线 .研究表明 :光纤 Bragg光栅反射波长漂移的扫描平均值Δλ对微悬臂梁的谐振频率 νn 响应灵敏 .

贴片封装的光纤Bragg光栅温度传感器

分析了光纤Bragg光栅的传感原理，提出了一种基于铍青铜片封装的光纤光栅温度传感模型。通过用一种耐高温胶将FBG粘贴在膜片材料上，使FBG在温度变化过程中一直保持张紧状态，保证FBG温度传感器有良好的重复性和线性。在20～200℃范围内进行温度实验，实验结果表明，FBG反射波长与温度有很好的线性关系，该温度传感器的温度响应灵敏度为0．0315nm／℃．实验拟舍值与理论值之差仅占理论值的2．9％。该传感器的温度测量范围大，可应用在油气井下较高温度环境的测量。

大范围光纤Bragg光栅压力传感器增敏实验研究

鉴于钛合金材料具有低弹性模量、受温度影响小等特性，设计制作了一种以钛合金管作为光纤Bragg光栅应变增敏衬底元件的高压压力传感器件．通过与电阻应变计实时监控的对比，从实验上研究了光纤Bragg光栅的中心波长偏移对调谐压强的响应．结果表明：这种增敏设计，具有良好的线性响应和可重复性，且与理论推导结果吻合较好．增敏后对压力的响应灵敏度可达0．034nm／MPa，测压量程可达0～40MPa，甚至更宽．

光纤Bragg光栅传感技术在隧道模型试验中应用

在模型试验中,锚杆一般尺寸较小,应变监测较为困难,可将光纤Bragg传感技术(FBG)应用于隧道模型试验中解决该问题。基于西安地铁二号线4个典型断面实际工况进行隧道模型试验,将自行设计封装的光纤Bragg光栅传感器粘贴在锚杆模型表面,监测其在不同应力状态下的应变。根据隧道开挖前、隧道开挖后、衬砌支护后、抗裂极限状态和极限破坏状态5个应力状态的实测数据,得到锚杆轴力在隧道受力过程中的变化规律。试验结果表明,锚杆受力大小在隧道开挖前后有一定变化。衬砌支护后,随围岩压力增加,锚杆轴力基本呈增加趋势,拱顶附近锚杆承受压力,支护后压力变化不大;拱肩到墙角的锚杆承受拉力,衬砌支护后受力开始增加;锚杆在含水率大的黄土隧道中受力较大,更能发挥其作用。文中方法在模型试验中的应变监测方面提出新的可靠途径。

贴片式光纤Bragg光栅应变传感器

为解决因光纤的圆柱型结构所带来的粘贴问题,引入了粘贴式光纤Bragg光栅应变传感器。该传感器被粘贴于可通过加载载荷的方式产生应变的等强度悬臂梁的表面,并用光谱仪获得了光纤Bragg光栅的反射谱。实验表明Bragg波长对荷载产生的波长偏移分别为0.901nm/μm和-0·902nm/μm.计算表明:Bragg波长偏移量的最大标准误差为0·003nm.结果表明该传感器可满足建筑工程结构检测中对测量精度要求。

光纤Bragg光栅传感特性的实验研究

针对光纤Bragg光栅的温度和应力特性进行了实验研究。实验结果表明:光纤光栅的Bragg波长随温度和轴向应变的变化呈现出良好的线性和重复性;光栅的涂敷材料、支撑材料不会改变它的线性和重复性,但对其灵敏度有显著的影响。实验结果可以作为对光纤光栅进一步深入研究的参考。