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。

光纤布拉格光栅压力传感技术与应用进展

光纤布拉格光栅(FBG)压力传感器具有水下无源、耐腐蚀、重量轻、成本低和抗电磁干扰等优点,应用广泛。文章简要介绍了FBG压力传感的基本原理,概述了FBG的写制技术、压力传感及增敏技术、温度补偿技术的发展现状,总结了近几年FBG压力传感器在海洋深度、湖泊液位测量、油气管道压力测量和岩土压力监测领域的应用进展,最后对FBG压力传感技术进行了展望。

光纤布拉格光栅应变与温度传感特性及其实验分析

对光纤布拉格光栅应变与温度传感特性进行了分析 ,理论计算了波长变化对传感系数的影响 ,提出了光纤光栅应变传感的温度补偿方法 ,并理论分析了光纤光栅温度和应变传感的耦合作用。最后 ,通过材料实验与等强度梁实验研究与分析了光纤光栅的应变与温度传感特性。理论分析与实验结果表明 ,两者吻合很好 ,光纤光栅的波长变化与应变和温度存在很好的线性关系 ,波长变化对传感系数的影响很小。

镍金属保护光纤布拉格光栅的热处理及高温传感

为了改善镍保护后光纤布拉格光栅(FBG)的高温传感性能,即降低其回程误差,减少其升温与降温灵敏度的差异,本文研究了产生这些现象的原因,认为其主要源于化学镀结合电镀镍过程中的残余应力。讨论了残余应力产生的机理,提出了适用于镍金属保护FBG的热处理方法。三次将金属镍保护后的FBG放置在120℃恒温炉中保温8h后随炉冷却,对热处理前后的镍保护布拉格光纤光栅进行100～300℃的循环温度传感对照实验。结果显示:热处理前回程误差为6.64%,升温与降温灵敏度有较显著差异,且放置半个月后再次进行传感实验其特性也没有改善;热处理后,回程误差降到3.62%,升温灵敏度为22.84pm/℃,降温灵敏度为22.76pm/℃。实验表明,经适当热处理后的镍保护布拉格光纤光栅的实际工作温度可扩展到300℃,且具有较高的传感精度。

光纤布拉格光栅传感技术在隧道火灾监测中的应用研究

针对公路隧道存在潜在的火灾问题,提出一种利用环氧树脂封装而成的光纤布拉格光栅传感器对隧道火灾进行监测,分析了其基本原理及温度传感特性,实验结果表明封装后的光纤光栅的温度传感灵敏度约是裸光栅的2.75倍。再利用光纤光栅多区波分复用技术,设计了一套基于光纤布拉格光栅传感技术的隧道火灾报警监测系统。结合现场模拟监测实验,证明该系统灵敏度高、数据准确,能够对隧道火灾报警方位进行精确判断,为隧道火灾的预警和救灾赢得时间。

光纤布拉格光栅传感复用模式发展方向

系统分析讨论光纤布拉格光栅传感复用模式,通过研究波分复用、时分复用及空分复用模式的发展历史和现状,抽象出典型结构,建立数学模型,并总结出工程应用概况;通过分析波分复用、时分复用及空分复用模式的技术瓶颈,找出复用模式的改进方式,即3种经典复用模式的联合复用和复用结构系统的改进。最后,通过总结光纤光栅传感复用模式的发展,构建复用设计的体系结构。提出基于光纤布拉格光栅传感器实时数据提取的数字设计工程将是数字制造的一个重大科学前沿,提出光纤光栅传感复用模式的发展方向,即实现分布式传感系统、构建大规模传感网络和建立统一机理模型。

固化于CFRP的光纤布拉格光栅应变传感特性研究

将碳纤维复合材料(CFRP)与光纤传感器相结合构成智能先进复合材料,对固化于CFRP的光纤布拉格光栅应变传感特性进行了实验研究.实验结果表明:光纤布拉格光栅B ragg波长对应变表现出很好的线性和重复性;布拉格光栅与基体材料粘结情况的好坏,对应变灵敏性与可靠性有直接影响;用电阻应变仪对布拉格光栅光纤传感器应变传感特性进行实验对比标定,得出了表征FBG性能的应变传感灵敏系数.结果表明测试数据稳定可靠,FBG光纤传感器具有优异的应变传感特性,为智能先进复合材料的研发与应用提供了重要依据.

光纤布拉格光栅嵌入SMS光纤结构的湿度传感器

提出了一种基于光纤布拉格光栅嵌入单模-多模纤芯-单模(single-mode-multimode fiber core-single mode,SMS)光纤结构的湿度传感器。当环境湿度变化时,SMS光纤结构的干涉光谱会发生漂移,而光纤布拉格光栅对湿度不敏感,其纤芯基模保持不变。因此利用SMS光纤结构对环境湿度的敏感性去调制光纤布拉格光栅纤芯基模,通过检测光纤布拉格光栅纤芯基模的反射能量变化就可以实现湿度测量。数值模拟了SMS光纤结构的内部光场分布规律,理论计算了不同环境折射率时,多模纤芯的长度、直径对SMS光纤结构输出能量耦合系数的影响。理论模拟表明,随着环境折射率变化,SMS光纤结构中传输的纤芯基模的输出能量耦合系数会发生变化。同时制作了传感器样品并对其进行了传感实验研究,实验结果表明多模纤芯长35mm、纤芯直径为85μm的传感器在45%~95%RH湿度变化范围内,湿度灵敏度为0.06dBm·(%RH)^(-1)。在20~80℃温度范围内,传感器的温度灵敏度为0.008nm·℃^(-1),温度所带来的湿度测量误差为0.047%RH·℃^(-1)。传感器具有制作简单、灵敏度高、反射式能量检测等优点,在湿度测量领域有一定的应用价值。

光纤布拉格光栅温度传感增敏特性的实验研究

分别以铜、铝、有机玻璃、聚四氟乙烯为实验衬底材料,对采用片式粘敷封装技术的光纤布拉格光栅温度传感增敏特性进行了实验研究。研究结果表明,当对两侧尾纤有涂覆层的光纤布拉格光栅进行封装时,其温度灵敏系数分别是裸纤情况下的2.3倍、2.9倍、5.2倍、11.7倍。然而,粘敷材料在较高温度时显著的热膨胀会引起光纤包层与涂覆层发生一定的脱离,导致此时其实验结果重复性不甚理想。为了克服这种不利情况,对尾纤无涂覆层的光纤布拉格光栅进行了封装测试。在测试温度范围内,其反射波长随温度的变化始终呈现良好的线性关系,其温度灵敏系数分别提高到了3倍、3.4倍、9.2倍、12.6倍,测量结果重复性良好。研究结果为将来片式封装光纤布拉格光栅传感器的温度增敏特性的研究,提供了必要有益的数据支持和参考。

钢条封装的光纤布拉格光栅温度传感器

介绍了光纤布拉格光栅传感器测温的基本原理以及一些布拉格光纤的封装方法,在此基础之上探讨了一种新型的布拉格光纤光栅的封装方法即用钢条对布拉格光纤光栅进行封装,并通过实验对祼光栅和封装后光栅的温度特性进行了研究.实验采用了恒温水浴装置,在25℃至70℃温度范围使用了中心波长为1530.5 nm的光纤布拉格光栅进行测量.先进行了祼光栅的测量,在光栅封装之后又进行了测量.实验结果表明,光纤光栅在封装之后温度灵敏度为裸光栅的2.5倍.其线性拟合度达到0.996.

光纤布拉格光栅湿度传感器研究

基于光纤布拉格光栅(FBG)的应力传感特性,提出了一种湿度传感方法,给出了湿度传感器的设计和实验测量系统。理论推导显示,涂有湿敏材料的FBG对湿度的传感可转化为对应变的快速响应,结合温度的有效补偿,可以共同反映在FBG中心反射波长的漂移上。研究结果表明,FBG湿度传感器能在较大温度范围内保持线性特性,并具有稳定性持久、响应速度快等优点。

埋入光纤布拉格光栅传感器的智能碳纤维复合塑料

根据弹性力学和边界条件,得出了光纤布拉格光栅(FBG)传感器应变测量值与基体材料实际应变的关系方程。通过裸光栅直埋基体材料界面传递的特征系数,可表征和计算FBG检测应变与测点实际应变的误差及修正系数。并对固化于CFRP的FBG变传感特性进行了实验研究。结果表明:FBGBragg波长对应变表现出很好的线性和重复性。用电阻应变仪对FBG传感器应变传感特性进行实验对比标定,得出了表征FBG性能的应变传感灵敏系数。FBG传感器具有优异的应变传感特性,为先进智能复合材料的研发与应用提供了依据。

一种对偏振敏感的光频域反射光纤布拉格光栅传感系统解调方案

为解决光纤光栅传感系统对横向应变的测量问题,提出了一种基于光频域反射技术的对偏振敏感的准分布式光纤布拉格光栅传感系统解调方案,该方案通过跟踪光纤光栅传感系统的偏振相关损耗为横向应变的测量提供信息。建立了系统的理论模型,分析了均匀光纤布拉格光栅在准分布式系统中的偏振特性以及偏振敏感的解调系统原理,讨论了该方案在测量横向应变的优越性,以光栅长度和双折射量值作为参数,对传感系统的偏振相关损耗变化规律进行研究。研究结果表明,本文提出的方案可以为在准分布光纤光栅传感系统中根据偏振相关损耗的变化实现对横向应变的准确测量提供理论依据。

光纤布拉格光栅传感器的一种波长解调方法

光纤布拉格光栅(FBG)经过中心波长解调,可实现对应变、温度等物理量的高精度传感检测.在光纤光栅传感中,如何检测中心波长的微小移位是传感解调的核心问题.为此,文中介绍了一种基于互相关原理的FBG中心波长解调方法.FBG的初始光谱和被调制后的受扰光谱形状相似,只是中心波长产生了漂移,通过对初始光谱与受扰光谱互相关值的解算,即可解调出中心波长的位移量.将实验结果与自相关法、功率加权法和最小二乘法等波长解调方法进行了对比,结果表明互相关方法可以有效地进行中心波长解调.

超长距离光纤布拉格光栅传感系统

提出了基于可调激光器和声光脉冲调制的光纤布拉格光栅(FBG)传感系统,同时利用掺铒光纤放大器(EDFA)和拉曼放大相结合的放大方案大幅度提高了光纤布拉格光栅传感系统的传输距离,达到了300 km的超长距离传感。该系统通过前端的EDFA和末端的拉曼泵浦光源来补偿光纤布拉格光栅反射的光功率。系统在低于275 km长度时获得了大于15 dB的优良信噪比;在300 km处获得了4 dB的信噪比,以及明显的反射信号。系统在100,200,250,300 km处的静态应变实验中,线性度均达到了0.999以上。系统可望在铁道、输油(气)管道、海岸线等的超长距离遥测中得到广泛应用。

光纤布拉格光栅的应变传感实验的研究

针对光纤布拉格光栅的应变特性进行了实验研究,利用计算机采集和处理数据.实验结果表明,Bragg波长随纵向应变的变化呈现出良好的线性,与理论分析结果一致;光栅的涂敷材料不会改变它的线性,但会引起光栅的应变灵敏度变化.

双反射峰光纤布拉格光栅调谐与传感研究

介绍了一种基于光纤光栅封装技术的双Bragg波长调谐及传感方案。封装光栅使之产生双反射峰,一个峰对应力更敏感,便于应力调谐,另一个则被温度增敏,更适用于温度调谐。应力调谐时采用了特殊机构,使光纤光栅的张应变与压应变连续并有良好的线性关系,独立调谐范围达5.64nm,温度为23℃至60℃时的独立调谐范围达1.48nm。

基于光纤布拉格光栅的柔性触滑觉复合传感研究

针对仿生皮肤柔性触滑觉复合传感问题,提出了一种基于光纤布拉格光栅的双层分布式传感单元。首先,研究了光纤布拉格光栅的传感机理,推导了基于参考光栅的温度补偿原理;然后,利用聚合物弹性材料对光纤布拉格光栅传感阵列进行保护性和增敏性封装,设计了双层"十字型"的分布式传感阵列单元,并对传感阵列单元压力灵敏度进行了仿真分析研究;最后,搭建实验系统平台,对柔性复合传感器进行了温度、触觉和滑觉传感实验。仿真和实验结果表明,该柔性触滑觉传感器具有良好的线性度和响应速度,温度灵敏度为13 pm/℃,是裸光纤布拉格光栅的1.31倍;正向压力灵敏度为7.289 nm/MPa,x正向和x负向剪切力灵敏度分别为0.060 2和0.063 6 nm/N;由滑觉传感特征信号可以获取物体的滑移信息。该传感器有望表贴或埋置于仿生手内部,对实现仿生手触滑觉信息感知具有一定的应用价值。

光纤布拉格光栅温度传感特性与实验研究

从光纤布拉格光栅温度传感模型出发,对光纤布拉格光栅温度传感的理论进行了分析,并通过实验对裸光栅的温度特性进行了研究,推导出了光纤布拉格光栅温度传感的一阶有效线性灵敏度系数的解析式。实验结果表明,光纤光栅在所测温度范围内具有良好的线性特性,与理论结果基本一致。表明光纤光栅温度传感的理论模型具有良好的实验基础。

基于保偏光纤马赫曾德干涉结合布拉格光纤光栅的折射率传感器(英文)

为了能同时测量折射率和温度,提出了一种基于保偏光纤马赫曾德干涉仪结合布拉格光纤光栅的折射率传感器。保偏光纤在两个单模光纤之间通过错位熔接形成马赫曾德干涉仪,布拉格光纤光栅连接在马赫曾德干涉仪的输出端用作温度补偿。实验结果表明保偏光纤快轴和慢轴两个正交模式的干涉谱随着折射率的变化而变化,当折射率范围在1.3426到1.3692时,快轴和慢轴方向上的灵敏度分别为-118.38 nm/RIU和-80.02 nm/RIU。当折射率在1.3692到1.4191时,快轴和慢轴方向上的灵敏度分别为48.3 nm/RIU和25.75 nm/RIU。同时通过测量布拉格光纤光栅谐振波长的偏移量,折射率和温度能被同时测量。