基于光纤Bragg光栅反射波带宽展宽压力传感

采用靶式结构作为光纤bragg光栅流量传感器的换能元件,其中两片光栅分别粘贴于等强度悬臂梁的上下两表面。采用双光栅粘贴方式对传感器进行温度补偿,有效的解决了应变与温度交叉敏感的问题,提高了测量灵敏度。实验表明该靶式光纤bragg光栅流量传感器的载荷响应灵敏度为33.6pm/kg,测量精度为0.5%。

基于对光缆卷盘缆层静态压力分布的理论分析,建立了光缆缠绕体系中的受力理论模型.研究表明,随着缠绕层数的增加,卷盘各层光缆所受压强先快速增大而后变化平缓.采用分布式光纤bragg光栅(fbg)对光缆绕线装置上缆层的静态压力进行了实时传感,理论上给出了fbg的中心波长偏移量与体系压强的定量关系,实验上发现各层fbg的中心波长随着光缆卷盘缠绕层数的增加先较快速变化而后趋于平缓,理论模拟和实验测量结果符合得很好.该技术解决了光缆绕线过程中无法对缆层所受压力进行实时监测的难题.

当环境相对湿度发生变化时,湿敏材料的某些物理特性也会随之发生变化,将湿敏材料涂覆在光纤光栅上,光栅的波长变化能直观反映湿度的变化。基于此,文章设计了一种光纤bragg光栅的湿度传感器,首先分析了该传感器的传感原理,接着制作了湿敏材料的传感器,最后进行了实验测试,结果表明:文章所制作的光纤bragg光栅湿度传感器的稳定性较好。

当环境相对湿度发生变化时,湿敏材料的某些物理特性也会随之发生变化,将湿敏材料涂覆在光纤光栅上,光栅的波长变化能直观反映湿度的变化。基于此,文章设计了一种光纤bragg光栅的湿度传感器,首先分析了该传感器的传感原理,接着制作了湿敏材料的传感器,最后进行了实验测试,结果表明：文章所制作的光纤bragg光栅湿度传感器的稳定性较好。

技 术 创 新 中文核心期刊《微计算机信息》（测控自动化）２００６年第２２卷第４－１期 ３６０元／年邮局订阅号：８２－９４６《现场总线技术应用２００例》 传感器与仪器仪表 光纤ｂｒａｇｇ光栅传感网络实时监测与应变分析 ｒｅａｌ－ｔｉｍｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆｆｉｂｅｒｂａｇｇｇｒａｔｉｎｇｓｅｎｓｉｎｇｎｅｔｓａｎｄａｎａｌｙｚｉｎｇｏｆｖａｒｉａ－ ｔｉｏｎｏｆｓｔｒａｉｎ （１．昆明理工大学；２．云南航天质量无损检测站）刘建平１赵永贵２孙宇２邱海涛１龙昊波１李川１ ｌｉｕ，ｊｉａｎｐｉｎｇｚｈａｏ，ｙｏｎｇｇｕｉｓｕｎ，ｙｕｑｉｕ，ｈａｉｔａｏｌｏｎｇ，ｈａｏｂｏｌｉ，ｃｈｕａｎ 摘要：作为一种绝对式传感器，波长调制式光纤ｂｒａｇｇ光栅传感器对应变的响应为０．９ｐｍ／

对光纤bragg光栅(fbg)温度传感在77k-150k和300k-500k之间进行了测试,得出温度与波长的相关关系,并讨论了常温与低温情况下的温度与波长关系不一致的原因.77k-150k情况下,温度与波长的非线性关系主要是由电偶极子所致有效折射率变化造成的;而300k-500k情况下,温度与波长近乎线性的关系主要是由此温度范围内有效折射率恒定和石英光纤光栅的线膨胀系数所至。得到的理论公式与实验结果符合。

在阐述光纤bragg光栅(fbg)传感技术的工作原理和优点的基础上,以昆明白泥井3#隧道为实例,提出fbg传感器在隧道内的铺设方案及温度补偿技术。经过对隧道断面的24h连续监测,讨论隧道内最大温差对bragg反射中心波长变化的影响,并对隧道每一监测断面上温度传感系统所取得的bragg波长值进行可靠性的估计,验证fbg监测系统的可靠性。对隧道进行8个月的定期监测,并对隧道断面的应变变化情况进行分析,分析结果表明:干湿季节交替是导致测点应变波动的重要因素,而雨季是致使测点应变变化增大的主要原因。目前隧道二次衬砌结构稳定;同时,研究结果表明,fbg可准确地测出隧道的应变分布,将其应用于隧道变形监测中是可行和有效的。

第25卷第5期 2003年5月 武汉理工大学学报 journalofwuhanuniversityoftechnology vol.25no.5 may2003 文章编号:16714431(2003)05000703 新型光纤bragg光栅振动传感技术* 梁磊周雪芳信思金赵申陈大雄 (武汉理工大学) 摘要:介绍了振动测试技术的发展现状,针对存在的问题,结合光纤bragg光栅传感系统的优点,提出了一种新型的 光纤bragg光栅振动传感系统,并进行了相关的实验研究。 关键词:光纤;bragg光栅;振动传感器 中图分类号:tp212.14文献标识码:a 收稿日期:20030125. 作者简介:梁磊(1963),男,副教授;武汉,武汉理工

光纤传感、光纤光栅、光纤光栅传感 光纤传感技术由于光纤不仅可以作为光波的传输媒质，而且光波在光纤 中的传播时表征光波的特征参量（振幅、相位、偏振态、波长等）因外界因素 （如温度、压力、磁场、电场、位移等）的作用而间接或直接地发生变化，从 而可将光纤用作传感器元件来探测各种待测量（物理量、化学量和生物量）， 这就是光纤传感器的基本原理。光纤传感技术的分类光纤传感器可以分为传 感型（本征型）和传光型（非本征型）两大类。利用外界因素改变光纤中光的 特征参量，从而对外界因素进行计量和数据传输的，称为传感型光纤传感器， 它具有传感合一的特点，信息的获取和传输都在光纤之中。传光型光纤传感器 是指利用其它敏感元件测得的特征量，由光纤进行数据传输，它的特点是充分 利用现有的传感器，便于推广应用。这两类光纤传感器都可再分成光强调制、 相位调制、偏振态调制和波长调制等几种形式。光纤传感器的特点1、

为避免布拉格光纤光栅温度与应力测量时的交叉敏感问题,文中提出一种基于微机电加工工艺的沙漏型fbg结构,通过各向同性腐蚀改变包层厚度,使其再受压力时光栅间距连续非均匀变化,导致反射带宽展宽,而温度只使中心波长漂移使带宽展宽很小,通过检测输出光强的大小间接测量压力大小,有效避免温度与应力的交叉敏感问题。

　第25卷第3期　　　　　　　　　　　　　　应　用　激　光　　　　　　　　　　　　　　　vol.25,no.3 　2005年6月　　　　　　　　　　　　　　　　appliedlaser　　　　　　　　　　　　　　　june2005 f-p光纤传感器及光纤bragg光栅传感器 应用于光纤智能夹层的研究 3 芦吉云　梁大开　李东升　潘晓文 (南京航空航天大学航空科技智能材料与结构重点实验室,　南京210016) 　　提要　本文对嵌入f-p光纤传感器和bragg光栅光纤传感器的光纤智能夹层进行了研究,实现了对应变的测量。通过 对光纤智能夹层的理论分析和试验研究,分析了应变对传感系数的影响,研究了f-p光纤传感器检测的应变与所受的载荷 及bragg光栅传感器波长变化量与应变之间的关系。

2010年 第12期 仪表技术与传感器 instrumenttechniqueandsensor 2010 no12 基金项目:宁德师专引进人才科研项目(2009y021) 收稿日期:2009-11-01收修改稿日期:2010-07-09 基于光纤bragg光栅传感的油浸式变压器测温系统 廖建庆 (宁德师范学院物理与电气工程系,福建宁德352100) 摘要:鉴于传统温度传感器受到周围环境因素的影响较大,系统采用抗干扰能力强和对温度极其敏感的光纤布拉格 光栅(fbg)传感器。光信号通过该传感器进行传输和测量,实现现场的无电监测。系统以数字信号处理器tms320f2812 为核心,分析了光纤光栅传感器的结构原理和光纤光栅解调系统,介绍了系统硬件组成和软件实现。实验结果表明该系 统温度

提出了一种基于光纤bragg光栅的温度传感器,阐述了光纤bragg光栅的温度传感机理,用2个相同的光纤bragg光栅构成折叠式mach-zehnder(m-z)干涉仪,其中一个光栅作为参考臂,另一个作为传感臂:采用外差探测技术来测量外界的温度物理量。当温度发生变化,bragg光栅的波长也随之改变。外差探测用来探测传感臂和参考臂由于温度变化引起的输出信号的频率差异。对其动态测量范围和灵敏度也进行了分析。

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。

分段切趾是光纤光栅一种新的切趾改进技术。针对线性啁啾光纤bragg分段切趾的两个重要参数:分段切趾比例和分段切趾强度进行讨论。基于数值模拟的结果,以三分段切趾为例,分析两个参数对光栅性能的影响以及进行优化的方法。

埋入式光纤bragg光栅(fbg)可以监测结构内部的应力、温度等其它参数。针对镀镍保护的fbg经钎焊方法横向埋入矩形截面的金属梁内部的情况,本文将影响fbg中心波长变化的因素归纳成两大因素——应力传递系数和位置函数,并深入分析了这两个因素对埋入式fbg的径向应力传感性能的影响。经研究得出,对于某一特定的连接层,尽量选取弹性模量大的保护层,适当减小保护层厚度有助于提高埋入式fbg应力传感的灵敏度。对于一定结构形式的梁,在应力传递系数一定的情况下,位置函数越大,埋入式fbg应力传感的灵敏度越大。埋入过程会造成位置误差。分析得出,当fbg实际埋入位置较指定位置偏右时,位置函数随着倾斜角度的增大而变大;当实际埋入位置较指定位置偏左时,位置函数随着倾斜角度的增大而变小。

为了解决纺织工业中检测系统和传感器件可靠性低、寿命低和抗干扰能力差的问题,提出了一种新型的基于光纤光栅技术的测量纱线张力的传感器。分析了光纤bragg光栅应变传感器的基本原理并进行了相关实验。实验表明光纤bragg光栅应变传感器具有良好的线性和重复性,系统灵敏度可以达到0.01gf。

为了改善现有光纤光栅压力传感器应变-温度交叉敏感的问题,基于光纤光栅传感原理及弹性膜片结构,设计了一种新型的温度补偿压力传感器。建立了膜片结构变形力学模型,推导出了光纤光栅中心波长漂移与压力之间的数学关系,建立了传感器灵敏度与膜片材料和结构尺寸参数之间的数学方程,matlab数值分析了膜片参数对灵敏度的影响,利用有限元软件abaqus对膜片变形特征进行了仿真分析。传感器理论压力灵敏度为40.43pm/mpa,标定实验的灵敏度为35.6pm/mpa,经温度补偿后的实际灵敏度为37.62pm/mpa,实现了压力测量中的温度补偿。测试结果表明该传感器具有良好的线性度、较低的啁啾性及较高的稳定性,现场应用结果证实了光纤光栅传感技术在煤矿安全监测中的可行性,适合进一步推广应用。

结合光纤bragg光栅在通信与传感领域应用的特性,利用传输矩阵法分析了均匀光栅、啁啾光栅、切趾光栅的反射率、时延特性、边模抑制比和反射带宽示意图。分析得到了不同光栅的特性规律,这些规律对光栅在通信与传感领域应用具有参考的价值。

光纤光栅传感器光纤光栅传感器

设计并实验研究了一种基于机械微应变引入长周期光纤光栅(mlpfg)的横向压力传感系统。利用机械线加工技术制作周期为600μm,长度为60mm的不锈钢压力槽板,测定了槽板对待写制光纤施加的横向压力与mlpfg谐振峰峰值之间的关系,并借助布拉格光纤光栅(fbg)搭建了高精度横向压力解调系统。实验表明,在0～60n的范围内,压力与mlpfg透射谱深度有很好的线性关系,线性度达0.9950,灵敏度约为0.35db/n。保持45n的压力20h,mlpfg谐振峰峰值最大波动小于0.06db,具备良好的稳定性。采用中心波长为1542.890nm的fbg实现了系统解调,系统灵敏度为0.12μw/n,进一步提高了检测系统的实用性。

传统的周界安防或围栏报警系统:如主动红外对射、微波对射、泄漏电缆、振动电缆、电子围栏、电网等,虽为安全技术防范做出了一定的贡献,但受一些客观技术条件等因素所限,还存在着一定的缺陷。而利用光电技术中的新型光纤传感技术做成的周界围栏报警系统具有非常明显的技术优势。本文介绍传统周界围栏报警系统的缺陷及光纤传感的优势,光纤bragg光栅传感器的原理、优点,基于光纤bragg光栅传感智能周界围栏报警系统的组成及工作原理,系统多处侵入定位报警的解决法及其应用与市场前景等。