摘要：为实现对待测表面两个方向的振动监测,基于圆形柔性铰链设计了一种布拉格光栅双向加速度传感器.首先,推导出该传感器的谐振频率及灵敏度的理论公式,然后基于圆形铰链刚度的理论公式,推导并验证了铰链的刚度经验公式.通过MATLAB对传感器的数学模型进行优化设计,得到在满足工作要求时,传感器灵敏度达到最大时的尺寸参数.激振实验结果表明,该传感器的谐振频率约为368Hz,灵敏度约为107.3pm/g,横向抗干扰度为4.8%,谐振频率和灵敏度理论值与实际值的误差分别为-4.2%和7.0%.

摘要：十字头轴瓦的磨损是压缩机无法正常使用的重要原因之一,实时检测轴瓦处的温度进而来判断轴瓦的磨损情况是确保压缩机安全、高效生产的重要检测手段。针对石化行业复杂的工况环境,提出并设计制备了一种无线耦合光纤布拉格光栅传感器,并用其进行光信号的空间传输以实现轴瓦处温度信号的提取。针对动态测量过程中产生的U型中心波长信号引起的解调温度差值过大的问题,利用插入损耗阈值,将一次动态运行过程中的温度改变量从4℃控制到0.1℃以内,提高了温度解调的准确度,实现了温度的无线监测。

摘要：本文介绍了一种单模-多模-单模结构的本征型法布里-珀罗传感器,通过对传感器中渐变型多模光纤的光场分布进行分析和仿真,实现了传感器腔长的优化设计,大大降低了插入损耗,增强了传感器复用能力.实验证明串联复用中的单个传感器的优化后的插入损耗从4 d B减少至0.83 d B,多个级联复用时损耗变化平缓,温度测试结果表明级联的12个传感器均具有较好的灵敏度和线性度.

摘要：开发高压超高压电力电缆光纤光栅温度传感器系统,提出光纤光栅传感机理,建立优化设计框架。通过光纤光栅温度传感器封装结构优化设计,提出片式封装结构;通过线性度优化设计,提出用铝板作为封装基底材料;通过外界应力场影响补偿优化设计,提出采用40 mm×10 mm(长×宽)的小尺寸封装方法。进行光纤光栅温度传感器水域实验和光纤光栅测温系统对比实验,讨论系统的性能和可行性。并将光纤光栅温度实时在线监控系统应用于实际工程项目,分辨率达0.1℃,精确度达±0.5℃,测温范围可达-30～200℃。

摘要：为了解决超低温环境下光栅温敏系数标定的可靠性问题,将参考温度计探头和光纤布拉格光栅传感器封装在自主设计的非接触液氮冷却方式的测温模具中,在93~293 K的超低温环境下进行标定实验探究,并利用裸栅的温敏系数和涂层的热膨胀系数来验证本实验设计的可信性。实验结果表明,参考温度计的初始最大温变速率为1.8 K/min,有效降低了测温模具的温变速率,改善了参考温度计与被标光栅之间的温度一致性。裸栅的低温非线性效应导致其温敏系数从9.18 pm/K@293 K降到2.19 pm/K@93 K,室温下有机改性陶瓷材料的热膨胀系数为3.7×10^(-6) K^(-1),单边厚度为50μm的有机改性陶瓷涂层的温敏系数为4.43 pm/K,该涂层光栅在93 K时的温敏系数为7.17 pm/K,显著提高了测温光栅的温敏系数和线性度。

摘要：对微结构光纤磁场传感器的增敏性能进行研究,设计了一种基于飞秒激光微加工的均分直槽型微结构光纤磁场传感器。利用飞秒激光在刻有光纤布拉格光栅(FBG)的单模光纤(SMF)包层上刻蚀均分直槽微结构,并采用HF溶液清除直槽内的残留碎屑和应力集中点,随后用磁控溅射技术在加工部位溅射一层磁致伸缩薄膜TbDyFe。当外界磁场强度变化时,通过观测传感器中心波长的变化可实现对磁场强度的测量。直槽微结构能减小光纤横截面积,改善光纤轴向伸缩性能,增大薄膜附着表面积,从而提高传感器探头灵敏度。理论分析了直槽微结构提高传感器性能的工作原理,介绍了传感器探头的制备工艺和性能影响因素,给出了不同参数传感探头的磁场测试结果。实验结果表明,利用飞秒激光加工直槽微结构能明显改善传感器探头灵敏度,其中直槽个数对性能影响最为明显;相对于无微结构传感器探头,有微结构光纤探头灵敏度最高可提升3.8倍。

摘要：桥梁是现代交通运输业最重要的组成部分,形变又是评价桥梁结构健康状况最重要的指标之一。考虑到传统形变检测技术存在诸多不足,为了实现桥梁微小形变的快速、连续检测,准确直观地定位桥跨最大下挠处,提出了基于光纤陀螺(FOG)的微小形变检测新方法,设计出了基于FOG的桥梁连续线形检测系统(CDMS)。通过对标定路段和大型跨江桥梁结构线形进行测试,并辅以水准仪进行数据比对,结果表明:对于100 m的标定路段,检测精度可以达到5 mm;对于跨径为400 m的跨江大桥,检测精度可以达到2 cm。基于FOG的线形检测系统在桥梁结构测试过程中,无需封路,不影响交通,具有方便、快捷、测量点连续、精度高等特点,尤其是在大跨桥梁的微小形变检测中具有传统技术无可比拟的优势。

摘要：为了研究超声振动对飞秒激光微加工的影响,设计超声辅助装置,进行石英光纤材料的微结构加工试验。探讨不同功率的超声振动对材料加工表面质量及孔深的影响,明确超声辅助飞秒激光加工的作用机理。引入超声振动后,光纤侧面烧蚀的矩形槽壁面更为平整,残留碎屑明显减少,槽或孔的深度有所增加;在超声功率为30 W时,孔的锥度由7.34°减小到4.17°。结果表明,超声振动能有效改善材料加工表面质量,增加加工孔的深度,提高飞秒激光的加工效率,证明超声振动对飞秒激光加工具有明显的改善作用。

摘要：针对低频振动信号的高精度测量需求,设计了一种基于双光纤光栅的变宽度椭圆铰链式低频加速度传感器。首先建立传感器的结构模型,理论分析了传感器的振动响应特性,给出该传感器的谐振频率及灵敏度的公式。随后搭建了传感单元的数学模型,对传感单元结构的关键尺寸参数进行了优化。另外,利用有限元仿真验证了理论分析结果,最后加工制作了传感器样件,对其进行加速度性能测试。实验结果表明:传感器的谐振频率约为36 Hz,工作频带为0-10 Hz,灵敏度为1496 pm/g。所设计的传感器具有较高的灵敏度、良好的温度补偿能力,能够满足工程中低频振动检测的要求。

摘要：考虑到光纤布拉格光栅(FBG)在振动监测中的优势,设计了一种基于对称铰链的中低频布拉格光栅加速度传感器。阐述了传感器的结构和工作原理,并提出了一种拟合的方法计算铰链刚度,同时推导出了传感器固有频率和灵敏度的理论公式。采用SQP优化方法以两种不同的思路对传感器的结构参数进行优化,得到了两种满足不同需求的传感器尺寸。最后通过在振动台上的标定实验,测试了传感器的灵敏度、幅频响应特性和抗横向干扰能力等性能。实验结果表明,传感器的谐振频率约为400Hz,灵敏度约为230pm/g,横向干扰小于8%,具备较好的抗横向干扰能力。