分离应变和温度的差动式光纤Bragg光栅传感器

作为传感元件,被光纤Bragg光栅测量的物理量的信息是一种波长编码的绝对测量,然而,其本质的限制是对多变量的交叉敏感。实验表明:温度波动严重干扰了应变式光纤Bragg光栅传感器的测量,拉、压应变的标准误差为0 21nm和0 20nm.根据粘贴于悬臂梁上、下表面的光纤光栅的Bragg波长响应温度和应变的差异,分离了应变和温度的耦合信号,拉、压应变的标准误差降低到了0 005nm和0 20nm.根据粘贴于悬臂梁上、下表面的光纤光栅的Bragg波长响应温度和应变的差异,分离了应变和温度的耦合信号,拉、压应变的标准误差降低到了0 05nm和0 07nm.值得注意地是:在该机械补偿方案中,温度检测不是必需的。

光纤Bragg光栅力觉传感器在健康医疗领域的应用

在微创手术等现代医疗过程中普遍存在力触觉反馈缺失、健康体征监测系统有待完善和提升等问题,使得力触觉感知成为了机器人领域中热门的研究方向。传统的电学类传感器存在明显的体积大和生物相容性差等问题,难以直接应用于微创手术等场景。光纤Bragg光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感技术因其抗电磁干扰能力强、生物相容性高、宽带宽和尺寸小等特点,正被广泛应用于健康医疗领域。主要介绍了FBG力觉传感器的工作原理及其传感特性,详细叙述了国内外基于FBG的力触觉传感器在健康医疗方面的研究现状和应用情况,并展望了光纤光栅式力觉传感技术在健康医疗领域的发展趋势。

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。

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。

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。

一种封装的光纤Bragg光栅应变传感器

采用不锈钢管对光纤布喇格 (Bragg)光栅进行封装 ,封装后的光纤光栅作为应变传感器 ,灵敏系数为1 .1 9pm / με ,Bragg中心反射波长与应变呈良好的线性关系。传感器能够与被测结构紧密结合 ,保证应变的有效传递 ,便于安装 ,适于实际工程中的应用。

低温敏的双管式光纤Bragg光栅应变传感器的研究

机械构件由于荷载会产生应变,根据应变分布情况可以确定构件的强度信息以及所受荷载状况。研制了一种降低温度敏感性的双金属管光纤Bragg光栅应变传感器。利用内、外管材料热膨胀系数的差值,抵消光纤Bragg光栅由于热膨胀和热光效应引起的波长偏移,实现在应变测量过程中的温度补偿。内、外管之间采用螺纹结构连接,通过调整内管旋入外管的螺纹长度来调节传感器的测量范围和温度补偿效果。实验表明,该传感器的温度灵敏系数为2.62 pm/℃,是裸光栅温度灵敏度的25%;应变灵敏系数为1.215 pm/με,非线性误差为0.8%FS,滞后误差为3.6%FS,重复性误差为2.86%FS。

光纤Bragg光栅传感器测试技术研究进展与展望(Ⅰ):应变、温度测试

综述了土木工程中用于结构应变和温度测试的各种光纤Bragg光栅传感器的研究现状,对其存在的问题进行了分析并指出其发展方向.从传感器制作方面分类介绍了管式、基片式和嵌入式封装应变传感器,增敏型和不受应变干扰的温度传感器,应变和温度同时测量传感器的最新成果.并概括了各种传感器的基本原理,总结了其优点和不足.通过对光纤光栅传感器特点和土木工程结构测试需求的综合分析,指出光纤光栅传感器在混凝土中的埋入技术及光纤光栅传感器的实用性、在结构中的优化布置、耐久性和长期稳定性等问题还需要进一步研究.

基于光纤Bragg光栅应变传感器的量测锚杆拉力研究

由于被锚固结构自身的风化作用和锚杆自身的受力,蠕动变形等会改变锚杆的受力状态。为了实时反映锚杆的受力状态,将光纤Bragg光栅应变传感器通过引脚沿轴向焊接在锚杆的杆体上。由于锚杆杆体受力带动光纤Bragg光栅应变传感器引脚间距发生变化,使得应变传感器内的光纤Bragg光栅中心波长发生移位。通过对光纤Bragg光栅中心波长移位量的测量,可以实现对锚杆轴向拉力的在线监测。锚杆拉力试验表明:拉力灵敏度为6.5 pm/kN,线性度为1.78%FS。

光纤Bragg光栅传感器温度和应变的双参量同时测量

分析光纤 Bragg光栅传感器的温度应变交叉敏感机制 ,利用光栅对实现了温度和应变的双参量同时测量 ,有效的消除了交叉敏感对 FBG型传感器测量精度的影响 .

埋入式BRAGG光纤光栅应变传感器的应用原理分析

对BRAGG光纤光栅作为应变传感器的基本原理作了分析，重点讨论了该传感器作为埋入式应变传感器时，被埋入主体的横向应变和温度变化对测量结果的影响。分析表明埋入主体的横向应变对光纤光栅传感器测量结果有影响；尽管温度的变化会影响测量结果，但当温度变化不是很大时，这种影响是可以忽略的。

光纤Bragg光栅应变传感器在桥梁结构监测中的应用

为了更准确了解桥梁结构变化情况,提出了一种新的检测方法。采用串联式组网方法,用光纤Bragg光栅(FBG)表面式应变传感器,对大桥左线衬砌裂缝及其长期变形进行监测。对裂缝存在区域的20个监测断面进行近一年的监测结果表明,对温度(测量记录最大温差6.4℃)进行补偿后,光纤Bragg光栅应变传感器的应变在正常范围内,表明在监测期桥梁结构稳定无异常变化。

光纤Bragg光栅传感器在矿井巷道锚杆应变监测中的应用

针对目前矿井巷道普遍采用的机电类传感器存在的检测灵敏度低、抗干扰能力差、使用寿命短等不足,提出将光纤Bragg光栅(FBG)传感器应用于煤矿巷道支护锚杆的应变监测中。光纤Bragg光栅的谐振波长与光栅的周期以及纤芯的有效折射率有关,当这些参数由于外界应力的变化而发生改变时,其谐振波长会相应发生变化,因此通过检测谐振波长的变化量,即可实现对应变的传感监测。模拟实验表明,光纤Bragg光栅传感器监测结果准确,为矿井巷道支护锚杆的应变监测提供了一种行之有效的方法。

大应变光纤Bragg光栅传感器的研究

在通信光纤的长期允许应变为3 000με的基础上,研制了一种测量应变范围为0～6 000με的大应变光纤Bragg光栅传感器。在外加应力的作用下,固定支点的相对位置发生变化,从而带动应变管发生轴向形变,导致了粘贴在调节管两端的光纤Bragg光栅按比例产生了Bragg波长移位。通过荷载,对大应变光纤Bragg光栅传感器进行拉伸,实验表明,该传感器的载荷响应灵敏度为1.783 pm/kg,应变灵敏度为0.685 pm/με,最大应变可达5 250με。

光纤Bragg光栅粘贴式应变传感器的研究

在分析光纤Bragg光栅的温度应变交叉敏感机理的基础上,设计并制作了一种新型的具有温度补偿和应变增敏效果的光纤Bragg光栅表面粘贴式应变传感器。实验结果表明:传感器的应变敏感性增至原来的1.6倍,温度敏感性降低至封装前的17%,具有良好的温度补偿和应变增敏效果;该传感器可用于对铁路铁轨、桥梁、隧道等的健康监测。

一种耐高温光纤Bragg光栅温度传感器

分析了光纤Bragg光栅在高温段的线性特征,设计了一种高温光纤Bragg光栅的传感探头,并进行了理论和实验研究,结果表明:该传感器有很好的重复性和良好的线性特性。其灵敏度为0.0304nm/℃,是裸栅的3倍,可检测的温度范围为0～230℃,且具有很高的稳定性,经10次等精度测量,其灵敏度值的波动不超过0.06%。可应用于高温环境下测量温度的变化。

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．

一种新颖封装的耐高温光纤Bragg光栅温度传感器

分析了光纤Bragg光栅的传感原理,将光纤光栅置于细钢管通过一种耐高温胶粘结细钢管两端使光纤光栅在高温下不脱落,并通过细钢管上的中间螺纹给光纤光栅施加预应力,使光纤光栅在温度变化过程中一直保持张紧状态,保证传感器有很好的重复性和良好的线性.实验结果表明该FBG光纤光栅温度传感器灵敏度为0.0252nm/℃,有良好的重复性和线性,温度测量范围达200℃以上,可应用在高温环境测量温度的变化.

双孔平行梁光纤Bragg光栅称重传感器

采用双孔平行梁型弹性元件作为光纤Bragg光栅称重传感器的换能结构,其中,四片光栅对称地贴粘在梁的灵敏区域。值得注意的是利用弹性元件自身结构特点对称重传感器进行了温度和偏载补偿,从而得到了FBG中心波长移位与载荷的关系。加载卸载实验表明,该双孔平行梁FBG称重传感器的载荷响应灵敏度为16 pm/kg,测量精度为0.7%。

基于等强度悬臂梁的光纤Bragg光栅低频加速度传感器

由于粘贴于等强度悬臂梁的光纤Bragg光栅受振动质量块驱动而产生应变,一种光纤Bragg光栅低频加速度传感器被研制和定义为基座运动引起的单自由度系统的受迫振动模型。模型计算表明该加速度传感器的固有频率fn为16.96 Hz.固定于激振器的光栅加速度传感器受正弦激励。加入硅油后,光栅加速度传感器的频响范围从原来的3-11Hz增大为3-22 Hz.试验结果表明：当激励振动频率接近系统固有振动频率时,阻尼系统决定了传感器的工作范围。然而,由于悬臂梁的粗端固定在基座上,传感器的频响受限于悬臂梁的固有频率。