相似材料中光纤传感检测特性分析

为了解决相似材料模拟实验中的变形检测问题,基于光时域反射技术和光纤光栅传感技术,提出了在模拟实验中采用裸露光纤、一定结构光纤及光纤Bragg光栅作为传感器进行变形检测的方法,研究并分析了以上类型光纤传感器在1.2,2 m平面应力模型中随着相似材料变形的传输特性.结果表明:裸露光纤不易形成微弯;自制蛇形微弯光纤传感器可以较为准确地捕捉到材料内部的变形和破坏的信息;光纤Bragg光栅可以感知相似材料的应力变化.利用光时域反射技术检测时要采取措施增大岩层垮落过程中的光纤损耗,可进行较大变形测试;利用光纤Bragg光栅时要考虑波长的动态范围,可进行小变形及破坏过程测试.

基于OTDR的分布式光纤微弯传感系统设计

针对面向工程应用的实验需要,开发了分布式光纤微弯传感实验系统。阐述了实验系统的总体结构设计方案,以及光纤微弯传感器的基本原理和关键技术,搭建了混凝土路面塌陷监测、崩塌滑坡岩土灾害监测2个工程应用项目。系统可实现基于光时域反射仪(OTDR)的光纤微弯传感器衰减检测和分布检测,能监测模拟混凝土路面和模拟岩土山坡在压力下的空洞塌陷和滑坡现象。该系统可作为岩土结构体监测研究和教学实验的实验平台。

基于光纤微弯传感器的汽车动态称重系统设计

为解决目前汽车动态称重过程中存在的电磁干扰和精确度低的问题,在分析光纤微弯传感器测量原理的基础上,提出了一种基于光纤微弯传感器的汽车动态称重系统。压力的变化引起传感光纤发生弯曲变形,产生输出损耗,通过测量输出光强的变化实现汽车重量的动态称量;设计相应的光电转换和采样放大电路,并采用小波变换对采样信号进行去噪处理。对光纤传感系统的静态响应特性进行验证表明：在0-3 000 kg的范围内光纤传感系统具有良好的线性响应特性,灵敏度为3.8 mV/kg;动态响应实验表明：当汽车通过速度小于15 km/h时,光纤微弯动态称重系统的测量误差小于5.4%,能够满足动态称重的需要。

一种新型的光纤微弯传感器的研究

针对传统的光纤微弯传感器在智能结构上分布测量的不足,提出了一种新型的光纤微弯传感器的结构,实验研究结果表明:这种传感器具有较高的灵敏度,重复性好,迟滞小.特别是可根据不同的智能结构的监测要求,通过调节其结构参数、构成不同灵敏度,动态范围的传感器系列,能够较好地适用于结构的整体与分布的测量.

多模光纤微弯压力传感器在真空辅助成型工艺中的应用

真空辅助成型是一种新型的低成本复合材料成型工艺。在成型过程中,压力控制对产品的成型质量起着重要作用。分析光纤微弯传感器在树脂基复合材料成型过程压力检测中的应用条件,以及真空辅助成型工艺环境对光纤微弯传感器测试结果的主要影响。实验结果表明:光纤微弯传感器在单层真空袋的液体成型过程中,同时受到成型过程中的压力变化导致光纤弯曲和由于树脂包裹引起折射率变化两个因素的影响。以此为基础实现对复合材料真空辅助成型工艺中压力与树脂流动前锋的测量。

新型光纤环敏感元件的研究及应用实例

本文首先分析了新型光纤环敏感元件的敏感机理 ,给出其微弯光损耗的理论模型 ;然后结合 C型弹簧管设计了一种新颖结构的光纤压力传感器 ,并通过理论分析和实验测试相结合的方法 ,对敏感光纤环元件的直径、匝数以及光纤环在弹簧管上的安装位置进行了优化设计。实测结果表明 :该光纤压力传感器的测压准确度为± 0 .46 %

差动式光纤微弯传感器

设计了一种新型的差动式光纤微弯传感器,并对传感器的位移特性和应变特性进行了实验研究。该传感器的特点是不仅可以测量位移、应力、应变等参量的大小,还可以判断参量的方向,且灵敏度比单一传感器增加一倍。实验证明,通过在传感器中加入变形齿限位装置和光纤定位槽,大大改善了差动式光纤微弯传感器的敏感性能和实用性。

用光学信息理论分析微弯光纤传感器的性能

通过把光学信息理论应用于微弯光纤传感器,用信息量评估测量性能,提出了一种优化系统性能和参数设计的光学信息理论。通过理论推导、直观评价和实验设计,证明了这一思想的正确性和可行性。

光纤涡街式流量密度计理论研究

本文主要分析了流体的涡漩运动特性,结合强度调制光纤的传感原理,和光纤的微弯损耗特性和多模光纤模式间干涉的结果,设计了一种同时测量流体的流量和密度的新型流量、密度计。该仪器通过光纤频率检测系统和光纤举力检测系统分别检测流体流过漩涡发生体产生的稳定漩涡发生频率f和流体作用在漩涡发生体上的升力。结合“卡门涡街”理论和茹科斯基升力定理计算出流体流量和稳定漩涡发生频率f的线性关系和流体密度与稳定漩涡发生频率f和流体作用在漩涡发生体上的升力的关系。并设计出同时检测漩涡频率f和升举力仪器的系统原理图。

基于输出光斑旋转的光纤微弯位移传感器

为研究光纤微弯位移传感器,在单模光纤传输系统中设计了一个光纤圈和光纤微弯传感器。通过改变光纤圈的直径,以获得两个光斑,通过移动光纤微弯传感器,记录输出光斑旋转情况,并分析了传感器的移动位移和输出光斑的旋转角度之间的关系。实验表明,光斑转移角度与传感器位移在一定范围内存在良好的线性响应关系,因此可通过检测光斑图像的旋转来实现位移量的测量。

基于宏弯损耗原理的光纤微力传感器

针对微操作/微装配系统中夹持力和装配力微小、不易感测,且微器件易变形、断裂等问题,设计一种基于宏弯损耗原理的光纤微力传感器,用于微力传感。建立了光纤微力传感器测量微小力的传感方程,仿真研究了微力传感器结构参数对传感性能的影响,并通过测试验证了理论模型的正确性。结果表明:基于宏弯损耗的光纤微力传感器可实现微小力的绝对测量,并且可以通过优化光纤微力传感器的结构参数,实现分辨率和测量范围的调整。文中研制的光纤微力传感器,分辨率可达6 mN。

微弯光纤气压传感器研究

研制了一种光纤微弯气压传感器,提出了一种利用梯形弹簧的压力非线性特性补偿光纤微弯传感器非线性的方法,并提出了利用差动检测克服光路损耗不稳定的方法。介绍了梯形弹簧光纤微弯传感器工作原理,对梯形弹簧变形量压力响应曲线进行非线性拟合,得到二次拟合曲线。实验测试了0～0.1 MPa范围的气压传感特性。结果表明,光纤气压传感器的输出电压信号与气压值具有良好的线性关系,得到气压测量灵敏度系数约为2000 m V/MPa,能够满足气象及飞行器高度监测中对气压测量的要求。