具有温度自补偿功能的宽频带光纤电场传感器

光纤电场传感器抗电磁干扰能力强、响应速度快,在电力设备运行状态和绝缘状况的监测领域有着广阔的应用前景。现有的光纤电场传感器由多个不同功能的分立光学器件组合而成,光路耦合对准困难、光功率损耗大、灵敏度低。此外,温度交叉敏感问题进一步限制了传感器的实际工程应用。为克服现有技术难题,提出一种以特种功能光纤取代分立光学器件,进而形成全光纤电场传感器的技术思路。传感器中的起偏器、检偏器、波片等功能器件均在光纤上实现,避免了分立元件之间对准、耦合等带来的传感器结构不稳定、性能低等问题。此外,通过双晶体正交级联光路结构的设计,赋予传感器温度自补偿功能,实现对温度交叉敏感的有效抑制。实验结果表明,传感器可同时对50 Hz低频电场和纳秒级脉冲电场进行有效捕获,环境温度变化给测量结果带来的误差仅为0.1%/℃。全光纤电场传感器结构简单、稳定性好、测量频带宽,在电力设备快速暂态过电压的测量方面有着重要的潜在应用价值。

温度自补偿型光纤Bragg光栅土压力传感器设计

针对传统土压力传感器长期稳定性差、抗电磁干扰能力不强以及组网难度大等问题,根据传感器与土介质的匹配原则,设计了一种光纤Bragg光栅（FBG）温度自补偿土压力传感器,可实现温度和土压力2个参量的同时测量.对传感器灵敏度系数、匹配性等参数进行了理论分析计算.根据分析结果,加工封装传感器并对其进行了压力校准和温度自补偿性能实验.实验表明：传感器的输出波长分别与温度和土压力均呈线性关系,压力灵敏度系数为272.19 pm/MPa,输出分辨率为0.36％,线性相关度为99.989％;温度灵敏度系数为21.16 pm/℃,线性相关度99.998％,在0～40℃范围内具有良好的温度自补偿能力,其性能参数符合工程应用要求.

温度自补偿高灵敏度非本征光纤珐珀横向负载传感器

为了提高光纤EFPI传感器的灵敏度,提出了一种新型EFPI传感结构,并对其温度特性以及横向负载特性进行了研究。首先,介绍了采用端面镀钯金膜的光纤EFPI传感器的结构及其制作方法;接着,建立了镀钯金膜光纤EFPI的温度传感模型,并通过Solidworks、Hypermesh与有限元分析软件ANSYS联合仿真,对它在不同受压力下进行理论模拟,获得了腔长变化与压力之间的关系;最后,对传统的光纤EFPI与镀钯金膜光纤EFPI的温度和横向负载特性进行了对比试验。试验结果表明,镀钯金膜光纤EFPI的温度灵敏度为6.083pm/℃,具有温度自补偿特性;它对横向负载的检测灵敏度可达40.83m/g,相对于传统的光纤EFPI横向负载的灵敏度提高了2.10倍。实验结果与理论分析相符合,为实际制作具有温度自补偿的高灵敏度光纤EFPI传感器提供了理论与实验依据。

高灵敏度温度自补偿型光纤光栅加速度传感器设计

光纤光栅传感技术近年来越来越多地被应用于土木工程领域,并逐渐显现出了其优势,但对结构振动的测试,尚缺少较为成熟可靠的光纤光栅加速度传感器。提出一种新型的光纤光栅加速度传感器设计方案,其具有高灵敏度和温度自补偿的特性,能够满足结构测试中低频、微幅振动,并克服温度的影响。介绍了传感器的原理,及进行的参数优化,在保证量程和量测频率范围的前提下使灵敏度达到了最大;还对所设计的传感器进行了有限元分析,得到了其幅频、相频、灵敏度、线性度等特性,有限元计算结果和理论优化值相符合。

CO气体检测温度自补偿实现及硬件电路设计

提出了基于温度监测法的CO浓度检测软件自补偿方法;设计了检测系统的硬件电路,包括CO气体调理放大电路、STC12C5410AD单片机主控电路、LCD显示电路、温度测量及调理电路、PC机通信及程序下载电路;通过实验,得出了CO浓度测量系统的输入输出特性的线性拟合方程;通过CO测量系统的温度自补偿,误差为未补偿时的58.50%,提高了测量系统的温度稳定性,减小了温度变化带来的温度附加误差。

电阻应变片的温度自补偿及其他

电阻应变片也称电阻应变计,简称应变片或应变计。本文从普及的角度,试从应变片热输出的物理概念、应变片温度自补偿的原理、箔材电阻温度系数的选择原则、不同弹性体材料上应变片热输出的估算以及用应变片测定弹性体材料线膨胀系数的方法等相关方面的知识加以简要介绍,以供从事应变片及传感器技术的同仁参考。

温度自补偿的偏心推杆式光纤光栅井下压力计

针对多数光纤光栅压力计不能兼顾大量程和高灵敏度,且温度无法实现自动补偿的问题,本文提出了一种偏心推杆结构,并采用将两支光纤光栅对称粘贴在应变杆上下表面的方法,设计并制作了光纤光栅井下压力计。对压力计传感头部分进行了理论分析和仿真,并对压力计进行了压力标定和温度实验。实验结果表明:此压力计具有良好的线性度和重复性,几乎没有弹性滞后,在0~30 MPa的大量程范围内灵敏度达到了230.8 pm/MPa,并且在20~80℃温度区间内,两光纤光栅中心波长差几乎不变,可见此压力计能够实现温度自动补偿。

现场总线智能变送器温度自补偿功能的实现研究

现场总线智能仪表是现场仪表发展的必然趋势。本文分析了智能变送器温度自补偿功能 ,推导出温度补偿系数矩阵 ,存储在现场总线智能变送器传感器模块存储器中。给出实例分析 。

基于温度自补偿的光功率检测系统设计

光功率的准确测量对于现代工业生产具有重要意义。光功率测量过程中,多采用光电二极管作为测量传感器。由于光电二极管本身的固有特性,其输出信号易受温度等环境因素干扰,影响系统测量精度。提出一种具有温度自补偿的光功率检测方法,同时测量光信号和当前工作温度,通过所构建温度影响模型,利用温度传感器实时测量当前工作温度,据此对测量结果进行修正,以实现光功率的准确测量。实验表明:该温度自补偿的光功率检测系统能有效消除外界温度干扰,可达到较高的测量精度。

灵敏度温度自补偿薄膜压力传感器的研制

溅射薄膜压力传感器具有长期稳定性好、耐高温等优点,但是由于受弹性体材料自身特性的影响,传感器的灵敏度温度误差大,大约在1.5×10-4~2×10-4/F.S℃,是导致传感器测量误差大的原因之一。在弹性体上设计加工灵敏度温度补偿电阻,使应变电阻和灵敏度温度误差补偿电阻可以在同一时间感受温度,比在后续电路上进行温度补偿,温度响应快。对灵敏度温度自补偿压力敏感元件进行设计与研制。实测结果表明,采用灵敏度温度自补偿工艺技术的敏感元件,灵敏度温度误差较小,可以控制在0.25×10-4/F.S℃以下,传感器的温度性能得到了提高。

高灵敏温度自补偿折射率传感器的研究

测量折射率时为同时达到高灵敏度和温度补偿的测量效果,提出一种环境折射率(RI)传感器。传感部分基于重叠级联结构的长周期光纤光栅(LPFG),通过寻找特定的光栅周期,使一阶9次、11次包层模的损耗峰分别向一短一长两个波长方向漂移,以其相对漂移量来解调折射率。仿真结果表明,该传感器与普通的温度补偿折射率传感器相比,折射率灵敏度明显提高,在生物、化工领域有较好的实用价值。

基于温度自补偿原理的光纤布拉格光栅压力传感器

本课题研究了温度自补偿对FBG压力传感器的作用。在压缩和牵拉FBG或温度变化时,FBG周期与反射率会发生变化,从而使光纤光栅中心波长相应漂移。本课题设计的FBG传感器,可以用来分析中心波长漂移与水位的对应变化关系,同时消除环境温度与结构热膨胀的影响。与通常的FBG传感器相比,该传感器的结构用来消除温度对压力测量结果的影响,实现温度的自补偿,对于解决温度和压力交叉敏感的问题具有指导性意义。本课题分析了传感原理,进行了温度和压力测试,显示出传感器性能优良,在0-500厘米的水位压力内,精度达5‰FS,分辨率1.3cm,重复性误差0.863%,线性误差0.415%.

一种温度自补偿光电转换电路

半导体发光、光敏器件的特性受温度影响较大，常成为光学式传感器的一大误差来源。本文介绍的光电转换电路，适于模拟式光学传感器。在－２０℃至１００℃之间，可使传感器的光电转换输出随温度变化小于±０．１％。

类椭圆结构光纤横向压力传感器及其温度自补偿研究

为解决光纤横向压力传感器灵敏度不高及温度交叉敏感的问题,提出了一种具有温度自补偿的类椭圆结构光纤横向压力传感器。传感器通过将标准单模光纤(single mode fiber, SMF)弯曲成类椭圆结构,并用聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane, PDMS)封装形成,温度自补偿则通过将另一个近似孪生的类椭圆结构与测量端并联实现。类椭圆弯曲下SMF的纤芯模和包层模发生干涉,其干涉光谱随外界横向压力的变化发生漂移。实验结果表明,在0.25—0.5 N的横向压力范围内,传感器的特征波长随横向压力的变化呈线性关系,在33.5—44℃的温度范围内,温度自补偿后的灵敏度可达6.6 nm/N,温度交叉灵敏度仅为0.001 5 N/℃,温度补偿误差不超过0.089 nm。提出的横向压力传感器灵敏度高、成本低、结构简单,有一定的应用参考价值。

一种温度自补偿的高灵敏度光纤光栅应变传感器

针对光纤光栅(FBG)应变传感器对应变和温度同时敏感的问题,基于FBG传感原理以及环形结构受力变形特点,提出了一种圆环式的FBG应变传感器,并进行了理论分析和传感器性能实验。传感器的敏感结构是圆环,通过将光栅粘贴在圆环竖向和横向直径方向,实现对被监测对象表面的应变监测。实验结果表明,传感器的应变灵敏度为3.76pm/με,线性相关度可达0.999 9,且温度影响几乎被消除,可适用于受温度影响和精度要求较高的场所,尤其是冶金铸造起重机的监测。

夹持式温度自补偿光纤布拉格光栅应变传感测试技术

鉴于光纤布拉格光栅(FBG)应变测试时对应变和温度交叉敏感的特性,将温度补偿FBG结构与应变FBG结构串联,采用夹持式封装方式,根据温度FBG和应变FBG相对波长的变化确定被测结构的应变量。实验结果表明:温度FBG和应变FBG相对波长变化对温度的灵敏度仅为0.12pm·℃-1,为温度FBG和应变FBG温度灵敏度的1.14%和1.15%;并实现了应变FBG测量的温度自补偿。夹持式温度自补偿FBG应变传感测试技术原理简单,实用性强,可被广泛应用于实际工程中。

基于圆环形薄壁截面梁的温度自补偿拉力传感器

提出一种基于圆环形薄壁截面梁的温度自补偿的拉力传感方法。将2个反射波长相同的光纤布拉格光栅(FBG)刚性粘贴于圆环形薄壁截面梁的外表面,其间距为相距90°。当拉力的作用线与其中一个光栅在同一直径上时,2个光栅反射峰的间距与拉力的大小呈线性关系,而对温度变化不敏感,从而实现了温度自补偿的拉力传感。实验中,温度自补偿传感的拉力达到7 kgN。

基于温度自补偿的光子晶体光纤光栅的应变传感特性研究

在正六边形包层空气孔中填充特定负折射率温度系数材料,通过温度自补偿实现非温度依赖的应变传感检测。基于耦合模理论,建立传感分析模型,结合控制变量法对不同温度和波长下的模式有效折射率进行数值分析。在包层空气孔填充不同液体材料,探究基模以及一阶光波模式的谐振波长对温度的不敏感特性,并对PCFBG中不同光波模式的温度/应变传感特性进行对比研究。计算结果表明,在包层空气孔填充材料I,环境温度由-20℃升至100℃,基模光场的反射峰中心波长仅漂移2.3pm,应变灵敏度达到1.234 8pm/με;在包层空气孔填充材料II,一阶光波模式仅漂移4.6pm,应变灵敏度为1.311 8pm/με。表明在光子晶体光纤包层空气孔中填充对应的温度补偿材料能有效实现具备温度稳定性的高灵敏度应变传感监测。

悬臂梁结构光纤光栅温度自补偿位移传感器实验研究

以悬臂梁为基本构架,以FBG为敏感元件,设计了一种新型的具有温度自补偿特性的FBG位移传感器方案。对悬臂梁进行分析,推导出位移传感器的传递函数,然后对其定标并实际测量,得到了传感器线性度和灵敏度同悬臂梁长度以及光纤布拉格光栅的位置之间的关系,并从结果看出本传感器精度高,运行稳定,且有好的重复性,线性范围最大为16mm。

一种温度自补偿的高灵敏度FBG双向倾角传感器

为实现对高铁站房空间网架结构变形的监测,并针对光纤布拉格光栅(FBG)对应钛合金TA2杨氏模量较小等材料特性,本文首次设计了一种圆弧铰链式FBG双向倾角传感器,同时在此基础上进行了理论分析、有限元模拟和传感器性能试验。并进行了结果对比与误差分析。该传感器的敏感结构是双轴圆弧铰链,通过将预拉伸后的FBG粘贴在与圆弧铰链相连的上下基座的导纤槽,实现对被监测对象的倾斜角度双向监测。实验结果表明,该FBG双向倾角传感器的灵敏度为168.43 pm/deg,有效监测范围为±15°,在监测范围内线性相关度可达0.999 9,同时消除了温度影响,适用于温度变化较大且精度要求较高的工作环境,特别是高铁站房顶部网架结构变形的实时监测。