单光纤光栅传感器双参量应变结构及解调算法

为实现单光纤布拉格光栅传感器对两个物理量的测量,提出等腰双厚度三角形悬臂梁结构,形成双等强度应变,既避免温度交叉敏感,又解决光谱波峰偏移问题。针对该光纤光栅传感结构的反射光谱进行波长分割,获得分离的小波峰,并针对小波峰寻找中心波长位置,获得可用于解调的中心波长信息,实现双参量传感信号解调。实验结果表明,相较于质心中心波长求解法和高斯拟合中心波长求解法,双斜线交叉中心波长解调算法能更稳定、准确地实现两个小波峰等峰,实现温度解调,误差小于1℃。     

单布拉格光栅光纤压力温度双参量传感器的研究

光纤布拉格光栅(FBG)传感器采用普通悬臂梁对非温度物理量进行测量时,存在温度交叉敏感的问题.针对该问题,提出一种基于双厚度等腰三角形的双参量传感器悬臂梁结构,通过理论分析与仿真验证了该结构的可行性,并将单FBG光栅放置于该结构厚度变化交界位置构成双光栅传感.通过光纤传感理论推导和实验系统验证了温度、压力与FBG反射光谱的双波峰共模函数值、双波峰波长差之间的关系.实验结果表明该结构可以实现压力和温度的同时测量,通过双厚度等腰三角形悬臂梁传感结构可有效解决温度交叉敏感问题.     

光纤光栅传感技术在桥梁施工监控中的应用

为了满足桥梁顶推法施工监控的复杂要求,分析了光纤光栅传感器的结构和原理;研究了应变和温度交叉敏感以及波长解调等光纤B ragg光栅(FBG)传感技术应用中的关键问题。根据对桥墩受力变形的分析,结合实例设计了传感器参数。将虚拟仪器与FBG传感器相结合,可以利用虚拟仪器技术在信号采集、分析、存储和传输等方面的优势,实现光纤光栅解调与施工监控于一体,保证了施工安全和桥梁质量。     

光纤光栅传感技术应用研究及其进展

光纤光栅传感器具备普通光纤传感器所不具有的不受光强波动影响、自参考的绝对测量、便于单光源波分复用和光集成四大优点,因此成为当前国内外的一个研究热点．目前光纤光栅传感器在航空航天领域和民用工程领域已得到了较为广泛的应用,而且各种新的解调方案不断被提出,然而被测参量之间的交叉敏感和解调技术等因素影响了光纤光栅传感器商品化的进程．当前的问题是探索性价比更适合于产业化的技术方案,使光纤光栅传感器能更广泛地为国防和国民经济建设服务．因此,对光纤光栅传感技术在国内外的应用研究进行了较为全面的综述,以使有关方面和同行对该研究领域投入更多的人力物力．     

外界条件对光纤光栅磁场传感器性能的影响

为了评估交叉敏感问题,从光纤光栅的传感原理出发,分析了外界环境对传感器性能的影响,讨论了光纤光栅物理参量随温度、应力和压力的变化情况,提出了基于偏振相关特性的光纤光栅磁场传感器方案.利用耦合模理论,仿真分析了温度、应力和压力对传感系统输出的影响.仿真结果证明,该磁场传感方案对温度和应力是不敏感的,而时变的压力会对磁场测...     

光纤光栅传感器的信号解调技术

阐述了光纤光栅传感系统的信号解调技术,光纤光栅传感器的信号解调技术的实际应用提供了理论依据。     

双光纤布拉格光栅温度和应变传感研究

在对光纤布拉格光栅温度和应变传感原理分析的基础上，构建了一种易于实用化的，能够实现温度和应变双参量同时区分测量的双光纤布拉格光栅传感器结构，并建立了其传感模型，从而解决了光纤布拉格光栅传感器进一步发展的关键问题，即温度、应变交叉敏感问题．最后，在现有的实验条件下设计了该模型的传感实验系统．实验结果表明，当被测温度变化在10～65℃，轴向应变在50με～350με范围内时，测量结果与实际值很接近，从而证明了双光纤布拉格光栅结构传感模型的正确性，并为其深入研究和实用化奠定了一定的理论和实验基础．     

光纤光栅传感原理及其实用化问题的研究

该文在介绍光纤光栅传感原理、模型的基础上,对光纤光栅传感器实用化面临的两大难题—交叉敏感和波长微小位移的解调技术的几种方法进行了研究和探讨,讨论了可能的解决方法.     

基于双光纤光栅的流速传感器设计

针对智慧海洋领域对海洋流速监测的要求,基于双光纤光栅能消除温度对流速的交叉灵敏度特性及悬臂梁的杠杆放大结构,设计了一种用于测量流体流速的双光纤光栅流速传感器。该传感器主要由外壳、光纤光栅测试组件及固定件组成,采用无胶化密封封装,进行了灵敏度及动态范围的测试,此外还分析了不同温度和压力对传感器性能的影响。通过高精度解调仪解调,设计的光纤流速传感器的灵敏度为76 mm/s,流速测量范围为0 ~ 1.2 m/s,且该流速传感器对温度和外界压力都不敏感,能够实现对流速单一参量的监测,可以满足油气田开采、油气输送管道、海洋河流等环境下流体测试的需求。     

浅谈光纤光栅传感信号的解调问题

阐述了光纤光栅传感器的基本工作原理,通过框图介绍了几种常见光栅传感信号解调方法的基本原理、性能和特点,对各解调方法的优、缺点进行了分析比较,提出了今后还需研究的问题,对促进光纤光栅解调器的国产化、产业化具有一定意义。     

光纤光栅传感特性测试仪的研究

利用匹配光纤光栅解调的技术,将光纤光栅和悬臂梁结构相结合,制作出一种新颖的光纤光栅传感测试仪.该仪器具有成本低、线性度高、灵活性和方便性,不仅可作为现场光栅传感测试装置,而且可以作为光纤光栅教学实验设备.     

新型光纤光栅渗压传感器及其在土木工程中的应用

基于光纤光栅传感原理研制出一种监测孔隙水压力的新型光纤Bragg光栅渗压传感器,并进行了室内标定和现场试验。该传感器可将过滤后进人传感器腔体的水压引起的光栅反射光波长的变化灵敏直观地显示出来,从而实现孔隙水压力的实时监测。与常规的电类检测仪器进行的对比试验表明：该传感器不仅能达到常规仪器的监测效果,而且具有绝对数值测量,抗干扰能力强,结构简单,长期稳定性高,能很好地实现对土木建筑结构的实时、在线监测等独特的性能,在土木工程界具有广泛的应用前景。     

用于FBG传感器粘贴封装的Si_3N_4无机胶粘剂制备及性能

采用共混法,在Si3N4中掺入纳米SiO2、TiO2和SiC粒子,制备出适用于FBG传感器粘贴和封装的无机胶粘剂.用原子力显微镜(AFM)观察了胶粘剂的组团结构,用电子万能材料试验机测试了其力学性能,用光谱分析仪对上述胶粘剂封装的FBG温度、压力传感器的性能进行了测试.结果表明,该胶粘剂的最大抗拉强度为45.01 MPa,最大剪切强度为44.34 MPa,其浸水保持率大于89.8%.封装后的FBG温度、压力传感器可用于301.8℃、42 MPa油气水混合的使用环境.     

智能CFRP加固RC梁荷载效应模拟与测评

将布拉格光栅光纤（FBG）传感器固化于碳纤维复合材料（CFRP）试件中，构成智能CFRP，试验结果表明：FBG传感器与CFRP相容性良好；FBG传感器与传统电阻应变片具有理想线性关系，FBG的应变传感特性精确稳定．制备4根CFRP加固RC实验梁，并在受拉钢筋、压区混凝土及底部加固CFRP中预置了FBG传感器．根据FBG传感原理、钢筋混凝土理论和Ansys有限元软件编制RC梁荷载效应模拟程序．对实验梁进行弯曲加载实验．根据置入CFRP中FBG传感器的监测应变值，应用有限元模拟计算程序得到梁实时模拟荷载及诸项荷载效应模拟值．结果表明：受拉钢筋与压区混凝土实时模拟应变与传感器实测应变相符合，模拟挠度与实测挠度也相符合，模拟实时荷载与实际荷载基本一致．从而达到集加固与测评双重功能于一体的目的。     

光纤Bragg光栅锚杆应力应变监测系统

锚杆是矿山巷道的主要支护形式之一，现有锚杆支护质量检测方法无法进行远程监控、不能实现全过程监测，本文提出了采用光纤Bragg光栅传感技术进行锚杆支护质量监测的新方法。介绍了光纤Bragg光栅监测系统的工作原理及其构成，实验系统由3个Bragg光栅组成阵列，将其粘贴在长度0．6m的金属锚杆杆体表面，进行锚杆受力的检测以及与电测技术的实验室对比试验。结果表明，光纤Bragg光栅传感器具有高的测量精度，结构简单，可以实现在线实时监测。     

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。     

阵列波导光栅解调的光纤光栅振动频率检测技术

提出一种基于阵列波导光栅相对强度解调的光纤光栅振动频率检测方法．振动引起的光纤光栅布拉格波长漂移由阵列波导光栅中相对应的2个相邻输出通道的相对光强变化进行解调,利用数据采集卡和虚拟仪器软件对其光电转换信号进行数据采集和频谱分析可得到振动频率．实验结果表明,该方法测出的振动频率与振动源设置的频率相吻合,且可有效消除由光源不稳定、微弯损耗等引起的误差影响,能够更方便实现准分布式光纤光栅振动传感系统的快速、准确测量．     

基于波纹管杠杆组合结构的光纤光栅压力传感器设计

针对井中水压高精度测量的需求,基于波纹管的压力传感特性,及悬臂梁的杠杆放大结构,设计了一种高灵敏度的光纤布拉格光栅压力传感器,通过弹性片连接的杠杆结构将压力作用下波纹管的轴向变形放大为光纤布拉格光栅的轴向应变,以实现压力的高精度测量。建立了传感器机械结构的力学模型,推导了传感器中光纤布拉格光栅中心波长变化与压力的数学表达式,并通过有限元方法对传感器的压力灵敏度进行了仿真。该传感器仿真和实验压力灵敏度分别为14.8 pm/kPa和14.1 pm/kPa。该压力传感器能够对小量程范围内的压力进行准确测量,同时可以通过改变杠杆臂长参数改变传感器的灵敏度,调整其测量量程。     

光纤光栅应变传感器光力转换的非线性时变方程

基于光纤光栅应变传感的基本原理以及弹塑性力学与黏弹性力学的基本理论,建立了考虑传感器的非线性和黏弹性力学行为的光纤光栅应变传感器光-力转换的非线性时变方程.     

光纤光栅压力计及其传感特性的研究

设计了一种基于悬臂梁结构的光纤布拉格光栅（FBG）压力传感器,采用应变片作为悬臂梁,将垂直压力转换成轴向应力. FBG固定在悬臂梁上,将应力转换成中心波长的漂移. 通过半导体激光器斜边检测法检测FBG波长的移动. 研究了FBG栅区长度和特征反射光谱宽度的关系,选择并制作了栅区长度为1 mm的FBGs作为传感器,确保FBG中心波长漂移时,半导体激光的波长仍在FBG的反射光谱区域内,扩大了传感器的动态范围. 在悬臂梁双侧设计了FBGs对结构,利用这对FBGs对环境温度相应系数相同的特性,消除环境温度波动对压力测量的影响. 在实验中改变FBGs对的温度,测量了它们对温度的响应并利用温度消敏算法获得传感器的温度不敏感性能. 提出了FBG压力传感器的空分复用技术,利用多个光纤耦合器和光电探头（PD）阵列组成传感网络. 上述的压力传感网络技术在边坡、基坑等土木工程结构安全监控领域具有实用价值.