作者单位
摘要
1 武汉科技大学 冶金装备及其控制教育部重点实验室,湖北武汉43008
2 武汉科技大学 机械传动与制造工程湖北省重点实验室,湖北武汉430081
3 武汉科技大学 精密制造研究院,湖北武汉40081
仿生扑翼飞行机器人的扑动变形测量对提高其飞行性能非常重要,而现有的数值仿真、立体视觉摄像和结构光投影等测量方法,存在边界条件难以确定、视觉遮挡等问题,因此提出了一种基于光纤光栅的接触式扑翼动态变形测量方法。设计了一种以聚酰亚胺薄膜为基底的光纤光栅柔性传感器,将柔性传感器以阵列的形式布设在扑翼表面监测翼面扑动的实时应变,并基于曲率的三维重建算法将实时应变数据重构为扑翼的实时三维形状。成功监测了一个室内稳定扑动周期内翼面的应变变化情况并开展三维变形分析,结果表明:扑翼扑动时翼面应变主要发生在支撑杆周围,下扑和上扑阶段的应变最大值分别为-50.6 με和98.1 με;翼面变形主要发生在翼面后缘,下扑和上扑阶段的变形最大值分别为-2.06 mm和4.02 mm。本研究为扑翼动态变形测量提供了技术支持,为提高扑翼机飞行性能提供了科学依据。
光纤传感 光纤布拉格光栅 扑翼机器人 三维重构 变形监测 optical fiber sensing fiber Bragg grating flapping wing robot three-dimensional reconstruction deformation monitoring 
光学 精密工程
2023, 31(9): 1304
作者单位
摘要
1 武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室,湖北 武汉 430081
2 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室,湖北 武汉 430081
3 武汉科技大学精密制造研究院,湖北 武汉 430081
提出了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)的增敏型索力传感器。该传感器的基体为圆柱环状弹性体,3组回字梁间隔120°布置在圆环上,6个FBG分3组按顺序粘贴在回字形梁上,同时在传感器基体上粘贴1个FBG进行对比实验。采用有限元分析方法研究弹性体的应变分布特征,用3组FBG波长漂移量的差值作为传感器的输出信号,实现对锚索应力的测量和温度补偿。压力测试结果表明,基体上FBG的输出信号灵敏度为0.75 pm/kN,而回字梁上FBG输出信号的灵敏度为33.53 pm/kN,增敏效果显著且传感器具有良好的线性度和温度补偿能力。
传感器 锚索测力传感器 光纤布拉格光栅 增敏型索力传感器 
激光与光电子学进展
2023, 60(5): 0506001
作者单位
摘要
1 武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室,湖北 武汉 430081
2 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室,湖北 武汉 430081
3 武汉科技大学机器人与智能系统研究院,湖北 武汉 430081
提出了一种基于光纤光栅(FBG)的一体式三维加速度传感器。该传感器以十字梁为弹性体,采用有限元分析方法研究了弹性体的应变分布特征,5个光纤光栅按照特定的规则被封装在梁的表面。通过将两两组合的光纤光栅波长漂移量的差值作为传感器不同振动方向的输出信号,实现三维加速度的低耦合测量及温度补偿。振动测试结果表明,该传感器在xyz方向的谐振频率分别为2000,1920,1160 Hz,工作频带分别为20~1400 Hz、20~1300 Hz和10~800 Hz,在xyz方向的灵敏度分别为1.36,1.70,1.31 pm/g。该传感器具有良好的线性度、弱耦合性和温度补偿能力。
光纤光学 三维加速度传感器 光纤光栅 
激光与光电子学进展
2021, 58(21): 2106007
作者单位
摘要
1 华南理工大学广州学院电气工程学院, 广东 广州 510800
2 武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室, 湖北 武汉 430081
3 中国水利水电第三工程局有限公司, 陕西 西安 710024
提出一种由双玻璃纤维薄片、石英光纤布拉格光栅,及两段玻璃纤维护管组成的,并采用高温胶黏剂封装的片式应变传感器。该传感器不含金属材料,不受强电力电磁干扰。制备出3个传感器原型,将其安装在等强度悬臂梁上进行全面的性能测试实验。测试结果表明:3个传感器均具有良好的测量重复性(误差小于3.43%)和线性(线性拟合系数均大于0.999),应变灵敏度一致性高;温度补偿误差在22 pm以内,补偿能力良好;还具有良好的抗蠕变性能。因此,所设计的传感器具有优越的测量性能,能够满足野外环境下电力设施的长期应变监测要求。
光纤光学 光纤布拉格光栅 应变传感器 玻璃纤维 安全监测 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 090601
作者单位
摘要
1 华南理工大学广州学院电气工程学院, 广东 广州 510800
2 武汉科技大学机械自动化学院, 湖北 武汉 430081
3 宁波良和路桥科技有限公司, 浙江 宁波 315201
4 武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室, 湖北 武汉 430081
提出了一种基于嵌入式光纤光栅和碳纤维等强度梁的倾斜传感器。介绍了传感器的测量原理和制作方法,进行了全面的测试。研究结果表明,传感器在±30°量程内的倾斜测量灵敏度达到49.73 pm/(°),精度可达0.101°,测量重复性误差仅为0.62%,测量函数的线性拟合度达到0.99992,且抗蠕变和温度补偿能力良好,能满足复杂的电力环境下开展长期倾斜监测的要求。
光纤光学 光纤光栅 倾斜传感器 输电铁塔 倾斜监测 
激光与光电子学进展
2019, 56(8): 080602
作者单位
摘要
1 武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室, 湖北 武汉 430081
2 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室, 湖北 武汉 430081
光纤光栅的粘贴封装工艺对传感器的性能有重要影响。目前光纤光栅传感器设计中最常用的两种封装方式分别是将光栅全部粘贴后进行封装以及将光栅预拉伸后对光栅两端进行粘贴封装。在这两种封装方式下,对光纤光栅的测量灵敏度、线性、重复性、蠕变、温度补偿等决定传感器核心性能的参数开展了实验研究。每种封装方式下,均将3支参数相同的光纤光栅布置在同一等强度梁上,并布置1支自由状态的裸光栅作为温度参考,开展应变感测特性和温度补偿特性方面的对比实验。实验结果表明,两种封装方式下的6支光纤光栅在灵敏度、线性、重复性方面均具备良好的一致性及抗蠕变能力;温度补偿测试中,同种封装方式的光栅自差分补偿的效果明显优于参考裸栅的差分补偿结果;光栅两点粘贴封装方式的自差分补偿效果最好,达到9 pm以内,优于光栅全部粘贴封装的结果(小于20 pm);光栅两端粘贴封装与参考裸栅差分补偿的效果最差,最大达53 pm。
光纤光学 传感器 光纤布拉格光栅 封装方式 温度补偿 
激光与光电子学进展
2018, 55(11): 110601
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Metallurgical Equipment and Control Technology, Ministry of Education, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, China
2 Hubei Key Laboratory of Mechanical Transmission and Manufacturing Engineering, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, China
During last decades, sensor elements based on the fiber Bragg grating (FBG) have been widely studied and developed due to the advantages of immunity to electromagnetic interference, compact size, high precision, and so on. The FBG itself is sensitive to axial strain and temperature variation directly and can indirectly measure these complex physical parameters, such as pressure, displacement, and vibration, by using some specially designed elastic structures to convert them into the axial strain of the FBG. Whether the FBG is fixed on the measured object to measure the strain directly or fixed on an elastic structure body to measure other physical quantities, these types of FBGs could be collectively called as strain sensing FBGs. The packaging of the FBG has important influence on FBG characteristics that directly affect the measurement accuracy, such as strain transfer, temperature characteristic, and spectral shape. This paper summarizes the packaging methods and corresponding temperature compensation methods of the currently reported strain sensing FBGs, focusing especially on fully pasted FBG, pre-stretched FBG with double-end fixed, and metallic packaging. Furthermore, the advantages and drawbacks of different packaging methods have been analyzed, which can provide a reference for future researches.
Fiber Bragg grating (FBG) strain sensing FBG packaging temperature compensation 
Photonic Sensors
2018, 8(4): 04320
Author Affiliations
Abstract
1 School of Communication, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
2 School of Political Science and Public Management, Wuhan University, Wuhan 430072, China
3 Key Laboratory of Metallurgical Equipment and Control Technology, Ministry of Education, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, China
4 Hubei Key Laboratory of Mechanical Transmission and Manufacturing Engineering, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, China
We report a fiber Bragg grating (FBG)-based sensor for the simultaneous measurement of a train bearing’s vibration and temperature. A pre-stretched optical fiber with an FBG and a mass is designed for axial vibration sensing. Another multiplexed FBG is embedded in a selected copper-based alloy with a high thermal expansion to detect temperature. Experiments show that the sensor possesses a high resonant frequency of 970 Hz, an acceleration sensitivity of 27.28 pm/g, and a high temperature sensitivity of 35.165 pm/°C. A resonant excitation test is also carried out that demonstrates the robustness and reliability of the sensor.
060.3735 Fiber Bragg gratings 060.2370 Fiber optics sensors 
Chinese Optics Letters
2018, 16(7): 070604
作者单位
摘要
1 武汉科技大学机械自动化学院, 湖北 武汉 430081
2 朴茨茅斯大学智能系统与生物医学机器人实验室, 英国朴茨茅斯 PO1 3HE
力觉传感器是机器人最重要的外部传感器之一。随着特种机器人的兴起,研发能适应特殊环境(如微创手术、核磁共振手术、救灾救援、核电站、消防等)的新型力传感器显得尤为重要。光纤Bragg光栅(FBG)是一种新型无源光器件,以光为传感信号,具有无电检测、不受电磁干扰、无零漂、精度高、耐高温、单根光纤可串接多个光栅等优势。自2001年国外学者首次将FBG用于机器人多维力传感技术后,基于FBG的力/力矩触觉传感技术逐渐得到广泛研究和应用。基于此,综述了目前国内外基于光纤Bragg光栅原理的多维力/力矩传感技术、力触觉传感技术设计及应用的研究现状,展望了其发展趋势。
光纤光学 光纤Bragg光栅 多维力/力矩传感 触觉传感 机器人 
激光与光电子学进展
2016, 53(5): 050006
Author Affiliations
Abstract
1 National Engineering Laboratory for Fiber Optic Sensing Technology, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China
2 School of Mechanical and Electronic Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China
3 Key Laboratory of Fiber Optic Sensing Technology and Information Processing, Ministry of Education, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China
4 School of Machinery and Automation, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, China
We report an extrinsic Fabry–Perot interferometer-fiber Bragg grating (EFPI-FBG) hybrid sensor in this letter. The interferometric cavity of the proposed hybrid sensor is composed of a glass capillary tube, a section of single-mode fiber, and a section of single-mode metal fiber with one FBG. The FBG processed by high-temperature annealing is used to measure temperature, whereas the fiber EFPI is adopted for strain measurement. One of the two aligned fibers is free along the axial direction, which is different from the traditional structure that both the fibers are fixed to glass capillary tube. Experimental results show that the sensor can measure high temperature and large strain simultaneously. The measuring range of temperature and strain for the hybrid sensor is up to 500 °C and 10,000 μ.., respectively. Effective temperature compensation of the hybrid sensor is realized, too.
060.2300 Fiber measurements 060.2370 Fiber optics sensors 
Chinese Optics Letters
2014, 12(12): 120605

关于本站 Cookie 的使用提示

中国光学期刊网使用基于 cookie 的技术来更好地为您提供各项服务,点击此处了解我们的隐私策略。 如您需继续使用本网站,请您授权我们使用本地 cookie 来保存部分信息。
全站搜索
您最值得信赖的光电行业旗舰网络服务平台!