1 昆明理工大学 信息工程与自动化学院，云南昆明650500
2 云南省绿色能源与数字电力量测及控保重点实验室，云南昆明650500
针对直接对准型离轴式光纤旋转连接器中自聚焦透镜准直器出射光斑小、光纤耦合损耗大和有效对准时间短的问题，本文提出了一种由双合透镜和热扩芯光纤构成的大光斑光纤准直器。基于出射光斑在相对旋转过程中重叠面积的周期性变化规律，分析了准直器间存在径向误差和角向误差时的耦合损耗变化。根据转子圆环和出射光斑尺寸得到耦合损耗为3 dB时的理论有效对准时间。为此搭建了光纤耦合实验平台测试其耦合性能及有效对准时间。实验结果表明，光纤准直器采用的单模光纤模场直径越大耦合损耗越低，其中模场直径为28 μm时耦合损耗低至0.22 dB。在转速为60 r/min时，通过光电转化和函数拟合得到四种模场直径光纤准直器的有效对准时间。模场直径为17 μm时最大有效对准时间为7.05 ms，与理论值7.1672 ms基本一致。最后应用光纤布拉格光栅传感实现无接触式传输光信号。这种设计为大光斑离轴式光纤旋转连接器的研究及其在光纤传感领域的应用提供了理论和技术支撑。
离轴 光纤旋转连接器 双合透镜 热扩芯光纤 光纤耦合 off-axis fiber optic rotary joint double lens thermal expansion core fiber optical fiber coupling 光学 精密工程
2023, 31(10): 1443
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为了适应矿井、大坝对渗压监测的需要, 提出一种活塞和菱形传压结构相结合的光纤布喇格光栅渗压传感器, 活塞把测试压力传递到菱形传压结构, 菱形传压结构拉动其上下对称连接的弹性钢片, 导致粘贴在弹性钢片上的光纤布喇格光栅中心波长产生变化.利用有限元方法在500 kPa的测试环境中对顶角分别为90°、110°、130°、150°情况下菱形传压结构的应力特性进行分析, 根据仿真参量研制了渗压传感器, 并对该传感器进行了压力标定试验和温度补偿试验.实验结果表明: 传感器对渗压的灵敏度为2.04 nm/MPa, 拟合度为0.997, 重复性为0.9%, 两个测压光栅温度灵敏度分别为0.023 33 nm/℃、0.021 68 nm/℃, 温补光栅为0.009 916 nm/℃.
光纤布喇格光栅 渗压传感器 菱形结构 活塞式 有限元分析 Fiber Bragg grating Seepage pressure sensor Diamond structure Piston Finite element analysis
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实现光纤Bragg光栅拉力传感器的静态测试和性能分析, 设计了一种量程为10 kN的拉力传感器标定装置对其进行校准实验。通过对光纤光栅解调仪的中心波长和拉力机产生的拉力值进行最小二乘法拟合, 求出静态标定系数, 并分析拉力传感器标定装置的不确定度。实验结果表明, 光纤传感器的灵敏度为0.161nm/kN, 线性度为1.796%FS, 二阶拟合曲线的重复性误差为1.337%FS, 标定装置的不确定度为0.029 kN。
光纤Bragg光栅 拉力传感器 标定 静态指标 不确定度 optical fiber Bragg grating tension sensor calibration static indicators uncertainty
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针对光纤Bragg光栅（FBG）温度传感器的溯源性标定问题,研发了一套光纤温度传感仪表智能检测平台,对FBG传感器进行在线校准。检测平台同步分析传感器标定过程中波长变化量及量值转换后物理参量变化量,并利用最小二乘法拟合得出传感器静态标定指标。通过对标定过程中不确定度的分析,将标定结果溯源到国家基准。实验结果表明,通过光纤温度传感仪表智能检测平台标定得到的FBG温度传感器的灵敏度为9.824×10-3nm/℃,线性度为99.91%,校准装置的测量不确定度为0.1℃。
光学测量 光纤光栅温度传感器 Bragg波长 标定 溯源 物理参量 optical measurement fiber grating temperature sensor Bragg wavelength demarcate traceability physical parameters
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等强度悬臂梁作为力学传感器的关键转换元件, 不同尺寸和材料的悬臂梁, 其自由端的挠度和作用力的量程及光纤光栅的最大微应变也不同。采用光学测量中的基本元件光纤光栅及等强度悬臂梁为模型基础, 设计模型平面节点坐标有六个, 平面节点坐标可以改变等强度悬臂梁的尺寸, 模型厚度依次设置为0.005m、0.010m、0.015m、0.020m、0.030m。对初始尺寸, 厚度为0.005m, 材料选择为碳素钢的悬臂梁的仿真, 结果表明, 光纤光栅工作在均匀应变区时, 其自由端挠度的量程为0~2.767×10-2m, 作用力的量程为0~437N,光纤光栅的最大微应变为171με。
光学测量 等强度悬臂梁 均匀应变区 有限元 挠度 应力 应变 optical measurement uniform strength cantilever beam uniform strain zones finite element deflection stress strain
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通过研究冰与水交界面附近温度场分布情况为找到冰情检测新方法及研究冰水转化提供理论指导。在水域投入冰后, 对冰-水热传导影响冰水交界面附近温度变化进行了检测。对离冰水交界面在5～9cm、-4～0cm、 0～4cm、-5～-9cm处温度分布研究拟合得到点距冰与水交界面距离与温度关系函数, 数据验证, 拟合值与监测值误差在±(0.1～0.3℃)。当冰与水交界面温度场引起附近温差越大, 冰水转化越快, 易引发冰情。
光纤Bragg光栅 冰 水 冰水交界面 温度分布 optical fiber Bragg grating ice water ice and water interface the temperature distribution
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2 江苏中天科技股份有限公司, 江苏 南通 226463
隧道围岩压力的变化是导致公路隧道岩块错动、掉块、甚至塌方的重要因素。结合田心隧道工程, 将一种可以把压力转变成光纤Bragg光栅波长移位的FBG土压力传感器应用于隧道围岩压力的监测; 将40支土压力传感器安装在20个代表性断面中。采用非线性回归分析统计方法对隧道的量测数据进行分析, 比较了监测数据的处理分析方法, 选取最优的非线性回归分析模型。监测数据与回归拟合数据分析表明, 非线性回归分析预测方法不仅可以反映隧道围岩变形和压力变化过程, 还能根据其变化趋势进行结构异常判断。
隧道工程 围岩压力 光纤Bragg光栅 非线性回归分析 tunnel engineering surrounding rock pressure fiber Bragg grating nonlinear regression analysis
