溫度補(bǔ)償方法去敏的新型光纖光柵壓力傳感器

為避免布拉格光纖光柵溫度與應(yīng)力測(cè)量時(shí)的交叉敏感問題,文中提出一種基于微機(jī)電加工工藝的沙漏型fbg結(jié)構(gòu),通過各向同性腐蝕改變包層厚度,使其再受壓力時(shí)光柵間距連續(xù)非均勻變化,導(dǎo)致反射帶寬展寬,而溫度只使中心波長(zhǎng)漂移使帶寬展寬很小,通過檢測(cè)輸出光強(qiáng)的大小間接測(cè)量壓力大小,有效避免溫度與應(yīng)力的交叉敏感問題。

在使用光纖光柵應(yīng)變傳感器對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測(cè)的過程中,為了解決光纖光柵的中心波長(zhǎng)對(duì)溫度與應(yīng)變交叉敏感的問題,從光纖光柵傳感器的微觀結(jié)構(gòu)及其工作時(shí)與混凝土的相互作用機(jī)理出發(fā),給出了利用光柵溫度傳感器對(duì)光柵應(yīng)變傳感器進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒?通過對(duì)應(yīng)變傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正,來獲得由荷載引起的結(jié)構(gòu)真實(shí)應(yīng)變值。利用實(shí)際工程中的測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)該方法進(jìn)行了驗(yàn)證,得到了較為理想的效果。

光纖光柵傳感器光纖光柵傳感器

(完整版)光纖光柵溫度傳感器

光纖光柵溫度傳感器

通過將光纖光柵固定在懸臂梁的上下表面,提出一種基于光柵的應(yīng)力傳感器,這種傳感器首次提出將光柵通過預(yù)緊的方式將其兩端粘貼在懸臂梁上,可以有效遏制因光柵應(yīng)變不均而產(chǎn)生的反射峰啁啾變化,同時(shí)能提供溫度補(bǔ)償。通過實(shí)驗(yàn)證明了這種傳感光柵反射峰的波長(zhǎng)變化隨應(yīng)力的增加呈良好線性關(guān)系。增加了反射峰之間的距離變化,可達(dá)0.65nm。同時(shí)分辨力也有所提高,達(dá)到滿量程的1%。

根據(jù)裸光纖光柵(fbg)對(duì)應(yīng)變的靈敏度遠(yuǎn)高于對(duì)壓力的靈敏度這一特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種基于等強(qiáng)度梁結(jié)構(gòu)的fbg冰力傳感器,并可以通過調(diào)節(jié)封裝構(gòu)件的尺寸調(diào)節(jié)其測(cè)量壓力的靈敏度系數(shù)。對(duì)傳感器的標(biāo)定結(jié)果顯示,這種fbg冰力傳感器的線性相關(guān)度良好,實(shí)測(cè)的靈敏度系數(shù)與理論值一致。該種傳感器在冰激橋墩振動(dòng)模型試驗(yàn)中得到了應(yīng)用,成功監(jiān)測(cè)了橋墩在不同冰速撞擊下受到的冰力。實(shí)驗(yàn)表明,這種fbg傳感器靈敏度高、可靠性好、對(duì)結(jié)構(gòu)自身的影響很小,可直接測(cè)量冰的撞擊力,適合于模型實(shí)驗(yàn)中的冰力監(jiān)測(cè)。

直接監(jiān)測(cè)電力設(shè)備內(nèi)部元件所受應(yīng)力可以直觀反映電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)手段不能直接深入電力設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行檢測(cè).研制了一種帶溫度補(bǔ)償?shù)墓饫wbragg光柵應(yīng)變傳感器,可以對(duì)電力設(shè)備內(nèi)部元件所受應(yīng)力和溫度進(jìn)行檢測(cè).研制的應(yīng)變傳感器選取了35kv干式空心電抗器作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,監(jiān)測(cè)了一次干式電抗器固化過程中包封所受應(yīng)力和溫度的變化趨勢(shì).將為變電站內(nèi)高壓電力設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控提供理論和實(shí)踐依據(jù).

光纖光柵應(yīng)變傳感器在測(cè)量過程中存在溫度和應(yīng)變交叉影響的問題,且溫度對(duì)應(yīng)力測(cè)量結(jié)果影響較大。為獲得精確的應(yīng)力測(cè)量結(jié)果,必須大幅度減少或消除溫度的影響。目前參考光柵法或溫度測(cè)量系數(shù)修正法,難獲得理想的結(jié)果。文中提出以截面對(duì)稱的懸臂梁結(jié)構(gòu)作為敏感元件,利用其上下表面拉壓異號(hào)等應(yīng)變和溫度變化同應(yīng)變的原理,通過在懸臂梁上下表面對(duì)稱粘貼兩根光纖光柵,利用結(jié)果差來消除溫度影響,并提高測(cè)量靈敏度。文中對(duì)此種溫度自補(bǔ)償新型光纖光柵應(yīng)變傳感器的傳感性能進(jìn)行了研究,并將此類傳感器安裝在拉索的錨具上進(jìn)行索力測(cè)量。研究結(jié)果表明:研制的光纖光柵應(yīng)變傳感器,能大幅度降低溫度的影響,達(dá)到溫度自補(bǔ)償?shù)哪康?將此類傳感器用于索力測(cè)量,具有較高的精度及靈敏度,能滿足工程應(yīng)用的實(shí)際需要。

微電子技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了硅傳感器的加工工藝水平的提高,使硅傳感器獲得良好的一致性、穩(wěn)定性和可靠性,而半導(dǎo)體的溫度特性使硅壓力傳感器的零點(diǎn)和靈敏度隨溫度而發(fā)生漂移。針對(duì)硅壓阻式壓力傳感器這一"弱點(diǎn)",介紹一種基于壓力芯片的惠斯頓電橋建立外接電阻補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型,利用matlab優(yōu)化工具箱提供的優(yōu)化方法構(gòu)建算法,對(duì)補(bǔ)償電阻求解,實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度漂移的補(bǔ)償。該方法更有助于基于硅壓阻式壓力芯片的oem型產(chǎn)品的大規(guī)模量產(chǎn)。

temperaturesensorandpressuresensor introduction pressuresensor thepressuresensorisanindustrialpractice,instrumentcontrolthemost commonlyusedsensors,andwidelyforavarietyofindustrialautomation environment,involvingwaterutilities,railwaytransport,productionautomation, aerospace,military,petrochemical,oil,electricity,shipbuilding,machinetools, pipesandmanyoth

光纖布拉格光柵(fbg)中心反射波長(zhǎng)隨溫度變化會(huì)發(fā)生漂移,影響光纖激光器輸出波長(zhǎng)的穩(wěn)定性和光纖光柵傳感器精度。為消除光纖光柵中心波長(zhǎng)溫漂特性,設(shè)計(jì)了一種新型光纖光柵溫度補(bǔ)償裝置,詳細(xì)闡述了其工作原理,并理論推導(dǎo)了點(diǎn)膠位置的計(jì)算公式。這種新結(jié)構(gòu)易調(diào)整光纖光柵粘結(jié)位置,從而可調(diào)整光纖光柵溫度補(bǔ)償有效長(zhǎng)度。為驗(yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和理論分析的正確性,搭建了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),并對(duì)封裝前后光纖光柵中心反射波長(zhǎng)溫度漂移率進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明,在-30~70℃溫度范圍內(nèi),封裝前光纖光柵中心反射波長(zhǎng)的溫度漂移率為0.0095nm/℃,封裝后中心反射波長(zhǎng)溫度漂移率僅為0.0002nm/℃,溫度穩(wěn)定性提高了約40倍。

提出了一種光纖光柵的銅片封裝工藝,并通過實(shí)驗(yàn)和理論分析研究了光纖光柵的應(yīng)變和溫度傳感特性.與裸光纖光柵的測(cè)試結(jié)果相比,銅片封裝工藝基本不改變光纖光柵應(yīng)變傳感的靈敏度,但是溫度靈敏度系數(shù)提高了2.78倍.經(jīng)過銅片封裝后的光纖光柵可以探測(cè)到的應(yīng)變和溫度分別為1με和0.03℃,便于工程應(yīng)用.

介紹以數(shù)字信號(hào)處理器tms320f2810為核心,用于壓阻式壓力傳感器的數(shù)據(jù)采集與溫度補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為了提高系統(tǒng)的精度,除了使用恒流源補(bǔ)償法,還根據(jù)數(shù)字溫度傳感器ds18b20提供的溫度參數(shù),通過dsp對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行溫度補(bǔ)償軟件算法處理。給出了系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)方案。

光纖光柵傳感器的應(yīng)用 一、光纖光柵傳感器的優(yōu)勢(shì) 與傳統(tǒng)的傳感器相比,光纖bragg光柵傳感器具有自己獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn): (1)傳感頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、外形可變,適合埋入大型結(jié)構(gòu)中, 可測(cè)量結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變及結(jié)構(gòu)損傷等,穩(wěn)定性、重復(fù)性好; (2)與光纖之間存在天然的兼容性,易與光纖連接、低損耗、光譜特性 好、可靠性高; (3)具有非傳導(dǎo)性,對(duì)被測(cè)介質(zhì)影響小,又具有抗腐蝕、抗電磁干擾的特 點(diǎn),適合在惡劣環(huán)境中工作; (4)輕巧柔軟,可以在一根光纖中寫入多個(gè)光柵,構(gòu)成傳感陣列,與波分 復(fù)用和時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)分布式傳感; (5)測(cè)量信息是波長(zhǎng)編碼的,所以,光纖光柵傳感器不受光源的光強(qiáng)波 動(dòng)、光纖連接及耦合損耗、以及光波偏振態(tài)的變化等因素的影響,有較強(qiáng)的抗 干擾能力; (6)高靈敏度、高分

傳感器總長(zhǎng)810mm,直徑為2.5mm,4根光纖布喇格光柵(fiberbragggrating,fbg)互成90°分布在用記憶合金絲(shapmemoryalloy,sma)做基材的表面.通過在波分復(fù)用的基礎(chǔ)上添加光時(shí)分復(fù)用來改進(jìn)傳感網(wǎng)絡(luò)布置,提高測(cè)量精度;同時(shí),設(shè)計(jì)了一套封裝裝置來確保封裝時(shí)fbg與基材之間的準(zhǔn)確定位以及黏結(jié)劑能夠均勻的涂覆在基材和fbg表面,提高傳感器的封裝精度.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該fbg形狀傳感器的測(cè)量精度為3.1％.

基于壓電陶瓷的光纖光柵傳感器的設(shè)計(jì)。主要方法是利用改變壓電陶瓷的相關(guān)封裝的新結(jié)構(gòu),再結(jié)合光纖光柵而制成的電壓傳感器。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出:在0～160v的電壓范圍內(nèi),中心波長(zhǎng)的變化與該傳感器兩端的電壓的改變有很好的線性關(guān)系,線性擬合度可達(dá)0.99,線性調(diào)諧的波長(zhǎng)范圍約為1.6nm。

提出了一種新型光纖bragg光柵(fbg)的傾斜傳感器,其結(jié)構(gòu)由通過4根等長(zhǎng)的刻有光柵的光纖懸掛在圓盤上的重物組成,4根光纖與圓盤的粘接點(diǎn)均勻分布在圓盤邊緣,每根光纖的另一端共同下拉一重物,使每根fbg的受力均勻。當(dāng)整個(gè)平臺(tái)傾斜時(shí),每根fbg的受力發(fā)生變化,從而導(dǎo)致每根fbg的反射(透射)中心波長(zhǎng)發(fā)生變化,并通過光譜儀測(cè)出波長(zhǎng)的變化,從中得到每?jī)筛鶎?duì)稱fbg在不同傾斜角下的波長(zhǎng)差,建立相應(yīng)的波長(zhǎng)差與傾斜角的數(shù)學(xué)模型。實(shí)驗(yàn)表明:該傾斜傳感器可以達(dá)到0.2°的測(cè)量精度,并且消除了外界環(huán)境溫度的影響,應(yīng)用靈活性高;而且傳感器的準(zhǔn)確度和精度可通過增加重物質(zhì)量、減小每對(duì)光纖間的夾角來提高。

提出并研究了一種新穎的鐘擺式光纖光柵(fbg)二維傾斜角傳感器,其擺桿頂端采用圓錐結(jié)構(gòu),兩個(gè)fbg沿著母線方向并間隔四分之一圓周粘貼在圓錐表面,擺桿下端固定一定質(zhì)量的重物。在傾斜角發(fā)生變化時(shí),圓錐表面產(chǎn)生的沿著母線方向梯度分布的應(yīng)變場(chǎng)使fbg產(chǎn)生啁啾效應(yīng)。利用功率譜平坦的寬帶光源,通過監(jiān)測(cè)兩個(gè)fbg的反射光強(qiáng)變化,可實(shí)現(xiàn)二維傾斜傳感。此外,由于光纖光柵的反射光強(qiáng)不隨溫度變化,所以該傳感器的測(cè)量對(duì)溫度不敏感。實(shí)驗(yàn)在±4°范圍內(nèi)測(cè)得該傳感器的靈敏度為1.96μw/(°),精度為±0.125°。

本文研究了一種新的帶有溫度補(bǔ)償功能的光纖布拉格光柵水聽器封裝。這種水聽器的傳感機(jī)制在于將水下聲壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為圓形薄板的軸向彈性振動(dòng),通過彈光效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光纖光柵中心波長(zhǎng)的瞬時(shí)改變,從而對(duì)經(jīng)過光纖布拉格光柵(fiberbragggrating,fbg)的反射光信號(hào)實(shí)現(xiàn)幅度調(diào)制。對(duì)2.5～12khz水聲頻率范圍進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,這種水聽器的靈敏度可達(dá)到-185dbre1v/μpa,最小可探測(cè)聲壓在5khz約為900μpa/hz~(1/2)。

針對(duì)醫(yī)療行業(yè)對(duì)人體測(cè)溫的需要,研制了一種以裸光纖bragg光柵為傳感元件的光纖光柵溫度傳感器,并對(duì)其溫度特性進(jìn)行了研究.采用恒溫水浴對(duì)工作波長(zhǎng)為1557nm和1547nm附近的2只光纖光柵傳感器進(jìn)行溫度定標(biāo).結(jié)果表明,在34～48℃范圍內(nèi),光纖光柵的中心波長(zhǎng)隨溫度的變化呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)分別為0.9983和0.9974,光纖光柵溫度傳感器的測(cè)溫標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.239℃和0.245℃,可應(yīng)用于醫(yī)療中人體溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè).

本文通過對(duì)光纖結(jié)構(gòu)及原理的了解,解釋了光纖中光波傳播的主要特點(diǎn)。在了解了光纖光柵傳感器構(gòu)造及工作原理的同時(shí),以鋼板-混凝土結(jié)構(gòu)材料為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?利用光纖光柵傳感器作為檢測(cè)儀器,通過在鋼板-混凝土材料構(gòu)成的橋面上布置不同數(shù)量和種類的fbg,同時(shí)認(rèn)為施加不同載荷,觀察fbg的檢測(cè)結(jié)果和檢測(cè)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)證明,光纖光柵傳感器對(duì)于鋼板-混凝土組成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行的無損檢測(cè),其安全系數(shù)和檢測(cè)效率較其他無損檢測(cè)技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。