光纤双向应变-位移点式传感器

选择不同间距的基片自由端和不同长度的自由悬垂光纤研制了利用光纤弯曲损耗的光纤双向应变 位移传感器 该传感器可分别用于测量应变和位移 实验表明 :悬臂梁上的应变标准误差约为～ 2 6με 微位移架上的位移标准误差约～ 0 .0 6mm

互补偿型光纤双向应变—位移点式传感器

在互补偿型光纤双向应变—位移传感器中 ,耦合器将光分束到粘贴于拉敏区或压敏区的两根光纤 ,且调制光由两探测器测量。通过引入拉敏光纤和压敏光纤的自相对损耗 ,可有效消除光纤应变—位移传感器中光源功率波动所引起的误差。微位移架上的位移实验表明标准误差是～ 0 16mm .

光桥平衡补偿型光纤双向应变位移传感器

在光桥平衡补偿型光纤双向应变位移传感器中,光源发出的光被3dB耦合器分束到拉敏光纤和参考光纤或压敏光纤和参考光纤中,而这些调制光和参考光由两光探测器分别进行测量。通过自相关损耗,可有效消除光纤应变位移传感器中光源功率波动、光纤传输损耗的变化以及光探测器灵敏度的漂移所引起的误差。微位移架上的位移实验表明:误差为0.01mm。

无封装光纤光栅应变传感器校准系统研究

为校准无封装的光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)应变传感器,设计了一套高精度的光纤光栅应变传感器校准系统,系统主要由一套高定位精度的水平位移装置和激光干涉仪组成。对FBGS-S02型的无封装FBG应变传感器进行校准测试,校准结果的最大误差为-0.2με,满足该传感器±2με的误差要求。

光纤法-珀传感器监测混凝土固化期收缩应变的实验研究

本文介绍了光纤法 -珀应变传感器的基本原理及优点 ,并用其进行了混凝土固化过程中的收缩应变监测实验 ,在混凝土两天的固化过程中监测到了 1 3 0微应变的收缩应变 .本文还对光纤法 -珀应变传感器的温度稳定性能进行了理论分析及对比实验 ,实验结果表明 ,在一定条件下环境温度对光纤法 -珀应变传感器的影响可忽略不计 ,因此可不用任何温度补偿 .

基于敏感Fabry-Perot腔光纤角位移传感器的原理与设计

提出了一种全角度并且可以连续测量微小角位移(秒级)的新型光纤角位移传感器.利用微小光学谐振腔的基本理论,主要是基于光学法布里珀罗(FabryPerot)腔的基本原理研究特定光波下光强度的变化与角位移的线性变化关系,利用光纤技术、敏感技术融合微机械技术研发而成.适合于一些特定领域中对角位移的精确测量.

光纤法布里-珀罗高温应变传感器技术进展

本文对法布里-珀罗高温应变传感器技术的发展进行了整理和总结。基于石英光纤的法布里-珀罗高温应变传感器能够应用于1000℃以下的环境,采用本征型和非本征型F-P传感器均能够对应变进行测量。对于1000℃以上的环境,以蓝宝石光纤为基础制作的传感器取得了较好的测温效果,但对应变的测试没有报道。基于蓝宝石光纤的F-P腔高温应变测试将会是未来的发展方向之一。

应变、温度、位移测量光纤光栅传感器的研究

本文介绍了集成式Bragg光纤光栅(FBGI)传感器的结构及其应用该传感器测量应变、温度、位移的基本原理.利用FBGI和相干性干涉信号解调方法实现了用一个传感器同时测量三个参量.实验结果表明:温度精度达±1℃,应变精度为±30u ε,位移分辨率达1nm,测量重复性好.

F-P干涉仪构成的光纤位移传感器

设计了一款基于光纤法布里-珀罗(F-P)干涉仪型的位移传感器。首先将单模光纤和无芯光纤拼接在一起,把无芯光纤的末端切成平面,然后把该结构固定在精密位移平台上,最后在无芯光纤末端位置处垂直放置一面全反镜,构成一个复合的F-P干涉仪。实验中,调节精密位移平台上的千分尺来改变无芯光纤与平面镜镜面的距离,从而改变F-P干涉仪的腔长。实验结果表明,干涉仪的反射谱谐振峰中心波长随位移变化发生线性漂移,通过考察中心波长漂移量实现位移量的精确测量。实验获得传感器最大位移灵敏度为-80.95 pm/μm,测量最大位移量为160μm。设计的光纤位移传感器结构简单,易制作及灵敏度高,在航空航天、海底探测等精度要求较高的微位移测量场合具有一定的应用前景。

基于光楔的光纤法-珀应变传感器解调系统原理研究

根据基于光楔的光纤法-珀应变传感器解调系统的结构,分析了解调系统的解调原理,并给出了仿真结果。得出当光楔厚度与法-珀传感器腔长相等时,其输出光强最大。通过实验结果与仿真结果的比较,说明基于光楔的光纤法-珀应变传感器解调系统在原理上是正确的。

基于逆有限元法的结构位移与应变场反演方法

舰船梯形结构作为封盖船体或将其分隔成层的平面板状结构,对于保证船体强度及不沉性具有重要作用。梯形结构受力不均匀会产生巨大拉扯力,易造成梯形结构变形与疲劳应力集中。基于此,本文提出研究一种基于逆有限元法(iFEM)和光纤应变感知的舰船梯形结构位移与应变场反演方法,并给出了相应光纤Bragg光栅(FBG)传感器布局形式。利用Ansys有限元分析方法,开展了基于仿真结果的相关反演方法验证。在此基础上,构建了基于光纤传感器的梯形结构位移、应变分布监测与反演实验系统。研究表明,双端固支梯形结构的位移重构均方根误差(RMSE)为0.076,应变场重构平均相对误差为6.59%。本文所提方法突破了iFEM因形函数阶次低而无法直接求解结构应变场的难题,能够为舰船梯形结构健康监测与舰载武器基座位姿精度提升提供技术支撑。

用于应变测量的光纤传感器

概述了光纤传感器的特点,介绍目前在应变测量中使用较多的两种光纤传感器形式,并提出了若干在应用光纤传感器中需注意的问题。

HCPCF端面塌陷成腔工艺的F-P应变传感器

本文提出了一种新型测量应变的空芯光子晶体光纤(HCPCF)法布里-珀罗(F-P)干涉传感器,HCPCF的一端与单模光纤熔接形成反射面1,另一端在熔接机内通过电极放电使端面完全塌陷形成反射面2,构成以HCPCF为腔体的新型F-P干涉传感器。实验结果表明,腔长2mm的传感器在室温下的应变灵敏度为3.1nm/με,线性度为0.9992,极限腔长改变量为3827.3nm。温度在0～150℃的温度变化范围内,腔长的改变量约为0.17μm。理论和实验结果表明该新型传感器具有制作工艺简单、应变灵敏度高、温度灵敏度低和没有迟滞现象等优点。

基于光子晶体光纤的法布里-珀罗干涉传感器(英文)

光子晶体光纤作为新一代光纤和传统光纤相比具有许多独特的优点,因此研究基于光子晶体光纤的传感器已成为光纤传感技术领域的一个热点。该文在国际上首次报道了系列基于光子晶体光纤的法布里-珀罗干涉传感器,包括基于空芯光子晶体光纤的法布里-珀罗干涉应变、温度传感器;基于实心单模光子晶体光纤的法布里-珀罗干涉温度、折射率传感器;基于飞秒和157nm激光器微加工制作的实心光子晶体光纤法布里-珀罗干涉高温应变传感器。这些新型光子晶体光纤干涉传感器具有对温度不敏感、精度高、可靠性好、耐恶劣环境等突出优点,可望在能源、交通、航天航空、生化等领域得到重要应用。

高温大应变光纤传感器性能劣化观测与失效机理分析

为了进一步优化和改进光纤传感器的固定方式,设计了一种金属焊片式非本征型法布里-珀罗(F-P)光纤传感器,并对其进行了实验观测。研究分析了在1200℃高温环境下不同焊接固定方式的F-P光纤传感器的失效机理。对在1200℃高温下失效的实验样件进行了观测与分析,利用有限元分析方法对实验样件进行仿真和计算,并结合实际的光谱信号变化来研究其具体的失效过程,结果表明不同的焊接固定方式会对传感器产生不相同的力学影响,从而影响传感器的寿命。

光纤光栅与法珀微腔温度应变双参量传感器

针对光纤应变传感器的温度-应变交叉敏感性问题,研究了一种结合光纤布拉格光栅(FBG)与法布里-珀罗(FP)微腔的光纤FBG-FP混合型温度应变双参量传感器。该传感器由两根垂直切割的单模光纤穿入一段石英毛细管(Glass capillary),并在石英毛细管两端固定制成,其中一根光纤端面附近预刻FBG,两根光纤端面间距为微米量级,构成FP微腔。处于自由悬空状态的FBG测量温度,FP微腔测量应变,并利用FBG的温度测量结果补偿温度对FP微腔的影响,从而有效解决光纤应变传感中的温度-应变交叉敏感性问题。成功制备了初始腔长为30.6μm的光纤FBG-FP混合型温度应变双参量传感器,温度与应变灵敏度分别达到了12 pm/℃和175.2 nm/με,并成功实现了应变测量的温度补偿。

光纤拼接结构型应变不敏感温度传感器

设计并制作了一种基于七芯光纤的应变不敏感温度传感器。该传感器将一段七芯光纤与两段单模光纤进行熔接,通过优化熔接参数在熔接点处形成两个分别充当光路分束器和耦合器的凸锥结构,构成了马赫-曾德尔干涉仪(MZI)。实验研究了该传感器对温度和应变的响应特性。结果表明,传感器的光谱对应变不敏感,但传感器对温度具有良好的线性响应特性,在40~200℃内,其谐振光谱波长随温度升高线性红移,对应温度灵敏度达到93.11 pm/℃,波长漂移线性度达99.4%。

基于拉锥细芯光纤的双参量同时测量传感器

该文研制了一种基于拉锥细芯光纤、可同时测量折射率与应变的传感器。传感器结构为“单模光纤-多模光纤-锥形细芯光纤-多模光纤-单模光纤”,由于细芯光纤中部腰锥尺寸变小,构成马赫-曾德尔干涉仪。实验结果表明,传感器透射谱线谐振峰或谐振谷的中心波长与环境折射率和轴向应变之间均有良好的线性关系,折射率灵敏度最高可达-38.677 nm/RIU,轴向应变灵敏度最高为-4.4 pm/με,取两个谐振峰或谐振谷构建矩阵,消除两物理量之间的交叉敏感,能够实现双参量同时测量。该传感器制作简单,成本低,鲁棒性优良,在折射率与轴向应变传感领域有一定的应用价值。

一种基于锥形石英毛细管的光纤法珀应变传感器

利用一种新型光纤法布里-珀罗干涉仪,制作出一种光纤应变传感器。通过将一段石英毛细管与单模光纤熔接在一起,并将石英毛细管熔接部位熔为锥形制作而成。理论分析了传感器的工作原理与灵敏度,搭建了传感器应变测试系统。实验表明:在常温(20℃)下,采用波峰(谷)追踪法解调,传感器对应变有良好的线性响应,且灵敏度为1.34 pm/με,最小应变分辨率为3.73με,传感器的温度敏感系数约为5.66 pm/℃。因此,该传感器在应变测试中存在一定的潜在应用价值。

光纤高温应变传感器研究进展(特邀)

高温应变传感器在航空航天、石油勘探、工业冶炼等领域有巨大的潜在需求。传统的电学类传感器受限于其电学原理和材料特性,无法长时间在高温、高压、强电磁干扰、化学腐蚀等恶劣环境下保持精确测量。基于此,国内外研究团队对光纤高温应变传感器进行了大量研究,在提升传感器的耐温性能和提高传感器的应变灵敏度等方面取得了一系列成果。本文综述了基于光纤布拉格光栅型、光纤干涉型高温应变传感器的传感机理、实验方法及封装应用的研究现状,总结了不同传感机理对温度、应变的响应特性,重点介绍了光纤高温应变传感器的最新进展,并对光纤高温应变传感器的未来发展方向进行了展望。