基于PDMS海绵介质的柔性光纤压力传感器制备及性能研究

为了提高柔性光纤压力传感器的灵敏度和稳定性,对压力传感器结构设计、结构参数及制作工艺进行了研究。设计并制作了基于海绵增敏结构下的不同厚度和不同固化温度的光纤压力传感器。对比了不同参数下传感器的性能得出了最佳的厚度和固化温度,最后利用光频域反射计(OFDR)测量了光纤应变变化。结果表明,在PDMS基底配比和固化时间恒定的情况下,厚度和固化温度均对柔性光纤压力传感器的灵敏度有影响,并验证了当施加压力的范围为0~276.2kPa,加压的步长为27.7kPa时,PDMS厚度3mm,固化温度80℃的传感器灵敏度最高,可达6.65με/kPa。同时,柔性压力传感器具有柔韧、轻薄、可测量复杂曲面等优点,为航天航海领域弧形物体表面压力测量提供了可靠的解决方案。

基于SSA-SVR的光纤压力传感器温度补偿研究

针对光纤压力传感器存在的温度漂移问题,提出了基于麻雀搜索算法优化的支持向量回归(SSA-SVR)的温度补偿模型。对光纤压力传感器进行标定实验,并采用温度传感器LM35实时检测其工作温度,进而建立SVR温度补偿模型。利用SSA优化SVR的超参数,以改善温度补偿模型的补偿精度。研究结果表明,利用基于SSA-SVR的温度补偿模型对光纤压力传感器进行温度补偿后,其灵敏度温度系数和相对误差系数均提高了两个数量级,而最大绝对误差和最大相对误差只有0.5004 kPa和0.2501%,达到了温度补偿的目的。

利用GWO-LSSVM算法对光纤压力传感器进行温度补偿

光纤压力传感器工作性能受温度影响较大,需进行温度补偿。针对这一问题,提出了灰狼算法与最小二乘支持向量机(GWO-LSSVM)算法相结合的软件补偿方案,利用灰狼算法在指定范围内迭代优化最小二乘支持向量机的惩罚因子ζ和核参数σ以求构建补偿算法模型。在不同温度环境下,对传感器进行标定试验测得传感器的输入输出数据,分成测试集和训练集。以测试集的预测值计算的均方根误差为适应度函数,将温度补偿问题转化为带约束的凸二次优化问题。结果表明,相较于补偿前,温度补偿后的光纤压力传感器的灵敏度温度系数由9.405×10^(-3)/℃提升到1.2016×10^(-4)/℃,温度附加误差相对值由28.215%提升到0.481%,传感器的温度稳定性得到了很大程度的改善。

一种改进型光纤压力传感器设计

针对现有光纤压力传感器压力监测范围小、灵敏度低、成本高的问题,设计了一种改进型光纤压力传感器。在悬臂梁粘贴一支应变光纤光栅,悬空一支温度光纤光栅(使其不受应力)。悬臂梁下方的限位罩将弹簧、波纹管压罩、波纹管罩于其内部,限位罩内侧上平面与弹簧上平面接触,弹簧下平面与波纹管压罩接触。当外界压力通过波纹管底部的管道到达波纹管时,高压使其产生轴向的形变,进而压缩弹簧,最终弹簧发生形变,将力传至悬臂梁,改变应变光纤光栅的受力情况。在单层波纹管增加了劲度系数更大的弹簧,以限制外界产生压力时单层波纹管发生形变,使波纹管与弹簧共同传递压力到悬臂梁。实验结果表明:改进后传感器的压力监测量程为0~5 MPa,相比改进前提升5倍,传感器的灵敏度为0.37998 nm/MPa,测量误差在0.02 MPa之内。将改进后的压力传感器应用于某井下输水管道进行验证,结果表明:与高精度电子压力计测量结果相比,该传感器的压力解调误差在0.02 MPa之内。

一种光纤压力传感器的设计理论分析

设计了一种用于流体压力的反射式光纤压力传感器。利用高反射率的弹性膜片作为光纤位移传感器的反射镜 ,由光纤光强分布理论出发 ,通过理论计算 ,分别给出了膜片直径、光纤芯径、光纤端面到膜片的初始距离与灵敏度的关系 ,为传感器设计最佳参数选择提供了参考。文中指出 ,传感器中光纤可以选用 2 0 0 μm左右大芯径光纤 ,膜片直径可以选 2～ 3mm ,光纤端面与膜片初始距离可选 2mm左右。在此情况下 ,传感器具有较高灵敏度和较好的线性。

反射式强度调制型光纤压力传感器的研究

针对测量精度易受光源波动、光电探测器、光纤等影响的问题 ,提出了光源的稳幅、参与通道的设置、调制解调、零位自校准技术等措施 ,进行了实验测试并绘制了数据曲线 ,提高了系统稳定性和精度。

一种薄膜式的光纤压力传感技术

提出了一种薄膜式的光纤压力传感技术,用于测量冲击波的反射超压峰值。该技术通过建立待测压力与薄膜加速度之间的正比例关系来获取压力。结合Fabry-Perot腔光学干涉测量技术,设计并加工实现了一种光纤压力传感器。开展数值模拟和激波管实验,结果证明,该压力获取技术可行,且该技术具有无须标定、制作简单、成本低廉、测量精度高、响应时间快的优点。

新型光纤压力传感器

提出了一种基于非本征法布里-珀罗(Fabry-Perot)干涉腔的新型光纤压力传感器及解调方案。采用石英毛细管和端面镀膜的光纤制作F-P传感器,光源经过腔长受压力调制的F-P传感器选频后,用平面光栅和线阵CCD实现光波波长的解调。阐述了光纤F-P传感器的结构和原理,对其解调系统进行了设计分析,并进行了实验验证。系统结构简单,精度和可靠性高,实用性强。

基于PSO-BP神经网络的光纤压力传感器温度补偿研究

针对光纤压力传感器受温度漂移影响较大的问题,提出了一种基于粒子群优化BP神经网络算法(PSO-BP)的温度补偿修正模型。通过对光纤压力传感器做标定实验,并且利用LM35温度传感器监测其工作温度,建立PSO-BP神经网络模型。该模型用粒子群智能算法对传统的BP神经网络的权、阈值进行全局的优化,改善了BP网络收敛的速度较慢的问题,克服了容易陷入局部极值的缺陷。与传统BP神经网络补偿结果进行比较,PSO-BP得到的预测误差相对较小且平稳些。研究结果表明,补偿后灵敏度温度系数改善了1个数量级,相对误差提高了2个数量级,从而实现温度补偿的目的。

新型光纤压力传感器

研究了一种新型的光纤压力传感器 ,并基于理论模型作了相应的优化设计。该传感器由光纤环和 C形弹簧管复合而成 ,并配有完善的处理电路及微机测控系统 ,实用性强。

光纤压力传感器

提出一种记数法布里珀罗(F-P)腔的干涉条纹的光纤压力传感器,可以用于易燃、易爆的环境。阐述了它的设计原理、参数的设置和误差的讨论及改进。试验结果表明:光纤F-P腔脉冲计数压力传感器结构简单、成本低、抗干扰能力强,具有很大的测量范围和分辨力,分别达到10m和0.02%。

激光加工硅片的膜片式法—珀干涉型光纤压力传感器

分析了多个反射面对单法—珀腔传感器光谱法解调的影响。为降低不参与形成法—珀腔的反射面的反射率以消除这一影响,利用Nd∶YAG激光加工系统在两面抛光硅片中的一面进行了表面纹理化处理。将经激光切割下的已表面纹理化的圆形硅片粘贴在中空玻璃毛细管一端,最后插入单模光纤并封装成非本征(EFPI)光纤法—珀干涉型压力传感器。进行了静态气压测试实验,结果表明:在40～240kPa气压范围内,传感器压力灵敏度为11.9 nm/kPa,线性度为1.51%。

反射式光纤压力计的研究与性能改善

本文介绍为解决测压仪表的稳定性、高精度、完全电绝缘探测与传输等问题而研制的一种反射式光纤压力计.阐述了其工作原理和结构设计。

光纤压力补偿的飞机油量测量

针对飞行中的燃油液面晃动的测量误差问题,提出光纤压力补偿算法测量燃油。利用不同数量光纤压力传感器测量高度确定出油平面;根据光纤压力传感器的特性和飞机飞行姿态以及三轴加速度信息,补偿计算油箱油量。讨论传感器最优布局,通过计算机辅助三维交互式建模软件建立燃油体模型,根据特性数据得出单传感器和双传感器布局下的燃油体体积参数和质量。仿真结果表明双传感器的测量误差为0.078%,测量精度较高。双传感器布局下的光纤压力补偿算法可以较好地解决由于飞机姿态改变带来的燃油晃动的测量误差的问题。

光功率推动电容式光纤压力测量仪的研究

本文介绍了光纤传输光功率推动差动电容敏感探头电路工作的原理,以及光电脉位调制测量信号的方法。讨论了光反馈、信号比值运算等技术措施对系统性能指标的改善。

光纤压力报警系统的研制与应用

开发了光纤压力报警器 ,介绍了其工作原理。利用所开发的传感器和网络技术开发出一体化、分布式油田联合站生产过程控制系统和安全监控系统 ,实现石油管道和容器中液面、压力、流量等参数的检测 ,解决原油生产、储存和输送过程中容器和管道压力的检测报警问题。压力报警误差小于 2 .5 %。

一种用于上呼吸道的光纤压力传感器的设计

主要论述一种用于生物医学领域的光纤变送器的设计方法。这种光纤用于上呼吸道部分或全部闭塞而引起睡眠紊乱患者。

基于光纤压力计算的飞机燃油油量测量研究

燃油测量的准确性是飞机燃油系统性能的重要指标,飞机的油箱形状是不规则的,这样对油量的准确测量带来困难;提出一种基于光纤压力计算的飞机燃油油量测量系统,用光纤压力传感器对飞机油罐中的油量进行测量,使用ZIGBEE技术对传感器进行组网,对汇聚节点采集到的数据进行处理后,通过GPRS技术将信号传输到远程的控制中心进行报警与控制;通过不同环境的系统测试证明这种系统的有效性与可靠性,具有很强的实用价值。

MEMS光纤压力传感器压力膜片的仿真与分析

阐述了一种使用周边固定的圆形膜片的反射式强度调制型MEMS光纤压力传感器的工作原理,在现有外界压力下的膜片应力、应变及固有频率公式的基础上,推导了膜片应力、应变和固有频率三者随传感器尺度变化的一般规律.利用有限元分析软件ANSYS对推演出的规律仿真模拟和分析,验证了此规律的正确性和普适性,同时修正分析模型,总结了理论公式与实际应用之间的联系与区别.

光子晶体光纤压力传感器光源方案设计

文章推导出PCF压力传感器检测基本原理,设计出PCF压力传感器典型系统结构,分析了PCF压力传感器对光源的特殊性能要求,选择半导体激光器(LD)作为传感器系统光源。提出LD工作稳定性整体控制设计方案,采用路分析方法给出LD中噪声控制模块、功率控制模块、温度控制制模块和波长控制系统。在LD中通过噪声、功率和温度控制等能够有效保障LD工作稳定性,保障PCF压力传感器系统对压力测量的精确性。