为了进一步优化和改进光纤传感器的固定方式, 设计了一种金属焊片式非本征型法布里-珀罗(F-P)光纤传感器, 并对其进行了实验观测。研究分析了在1200 ℃高温环境下不同焊接固定方式的F-P光纤传感器的失效机理。对在1200 ℃高温下失效的实验样件进行了观测与分析, 利用有限元分析方法对实验样件进行仿真和计算, 并结合实际的光谱信号变化来研究其具体的失效过程, 结果表明不同的焊接固定方式会对传感器产生不相同的力学影响, 从而影响传感器的寿命。
高温 大应变 法布里-珀罗光纤传感器 失效机理分析 high temperature large strain Fabry-Perot optical fiber sensor failure mechanism analysis
针对当前血压传感器易受电磁干扰、尺寸大和集成难等问题，提出一种用于介入式导管术血压检测的微型光纤传感器。采用悬置光纤横向受力原理，传感器灵巧集成到医用导管，实现血压定点测量。运用光固化3D打印技术制造并封装外径4 mm的血压光纤传感器，开展光纤传感器静态与动态特性以及模拟血管压力应用测试实验。实验结果表明：血压光纤传感器在-50~50 kPa测量范围内，灵敏度和线性度分别为0.723 pm/kPa和0.996；动态测试结果与商用传感器一致性较好，并在血管-心脏模型上验证了操作的可行性。
血压 介入式导管术 血压测量 血压光纤传感器 blood pressure interventional catheterization blood pressure measurement micro blood pressure optical fiber sensor
火灾给人们的生产与生活带来极大的威胁，但现有的火灾传感器在安装空间、测量范围和适用环境等方面存在着局限性，因此需要研制新型火灾传感器。设计并实现了一种不锈钢毛细管可靠封装的工业用火灾预警光纤传感器，通过对光纤光栅进行高温再生处理，大幅提高了传统光纤光栅传感器的耐高温性能。对制备的传感器进行了实验，结果表明：该种传感器测量温度可达1000 ℃、线性度为0.99951，在1000 ℃下90%信号的响应时间不到3 s，适合于火灾预警。
工业 火灾监测 再生光纤传感器 高温传感器 industry fire monitoring regenerative fiber optic sensor high temperature sensor
武汉理工大学 机电工程学院, 湖北 武汉 430070
为了测量控机床结构件、微加工工作台的微小变形量, 设计了一种高精度弓型光纤布拉格光栅(FBG)微位移传感器。将光纤布拉格光栅的栅区部分粘贴在弓型上下壁处, 当弓形件发生变形时, 可测出上下壁的应变值, 从而测得位移值并进行温度解耦。实验结果表明, 在量程为1 mm时, 传感器的灵敏度为2.02 pm/μm, 线性相关系数为0998 3, 实验的迟滞误差为4.08%, 重复性误差为4.08%。在温度补偿实验中可以看出, 当温度上升1 ℃, 波长漂移量不到1 pm。类似于弓型结构衍生出一种半弓型结构的位移传感器。两类传感器相比, 弓型传感器的温度灵敏度比半弓型传感器小0001 5 pm/μm, 温度补偿效果更好; 但半弓型传感器的线性度为0.4%, 线性度比弓型传感器好。两种传感器均满足测量值稳定可靠、精度高、抗电磁干扰能力强, 温度不敏感等要求。
光纤传感 光纤光栅 微位移传感器 高精度 温度补偿 optical fiber sensing Fiber Bragg Grating(FBG) micro-displacement sensors high-precision temperature compensation
武汉理工大学 机电工程学院, 湖北 武汉 430070
考虑粘贴型光纤布拉格光栅(FBG)测量受弯件时测试效果易受到粘贴参数的影响, 研究了受弯件的粘贴型FBG的应变传递规律。首先, 通过理论分析建立了受弯件粘贴型FBG应变传递模型, 确定了相关影响参数; 然后, 利用仿真法分析了影响应变传递的各个参数; 最后, 通过实验分析验证了理论与仿真分析结论。实验与仿真对比分析表明: 黏胶长度与黏胶中间层厚度是影响受弯件粘贴型FBG应变传递率的主要因素; 黏胶的高度/宽度对应变传递率的影响较小, 测试的静态特性指标相近, 应变传递率分别在96%/95%上下小范围内波动。黏胶长度大于FBG名义长度2倍时, 静态特性明显优于黏胶长度较短者, 实验应变传递率约为95%。FBG的应变传递率随黏胶中间层厚度的增大而上升, 甚至超过100%, 可用于对粘贴型FBG传感器的增敏。获得的结论对采用粘贴型FBG对受弯件进行高精度测试具有指导意义。
粘贴型光纤布拉格光栅 应变传递 受弯件 悬臂梁 pasted Fiber Bragg Grating(FBG) strain transfer bending part cantilever beam
1 同济大学 航空航天与力学学院,上海 200092
2 哈尔滨船舶锅炉涡轮机研究所, 黑龙江 哈尔滨 150078
3 武汉理工大学 机电工程学院,湖北 武汉 430070
由于用表面粘贴式光纤布拉格光栅(FBG)传感器测量应变时会影响基体的应变分布, 本文研究了光纤应变与基体应变之间的关系。针对该类传感器建立了基体与光纤之间的应变传递函数用以修正测量应变, 然后研究了FBG传感器与基体之间的相互作用。最后, 利用有限元分析(FEA)和实际实验对提出的理论进行了验证。结果显示: 光纤应变的FEA解与理论解的误差在5%以内, 实验解与理论解的误差在8%以内, 结果表明该理论完全满足表面粘贴式FBG传感器的精度要求。另外, 分析了黏结层和基体对应变传递的影响, 结果显示: 平均应变传递率和应变传递率随着基体弹性模量的增加而增加, 但它们随着黏结层顶端厚度和底端厚度的增加而逐渐减小。
光纤布拉格光栅 光纤传感器 层状结构 应变传递率 fiber Bragg grating optical fiber sensor layered structure strain transfer rate 光学 精密工程
2014, 22(12): 3183
1 同济大学 航空航天与力学学院，上海 200092
2 武汉理工大学 机电工程学院，湖北 武汉 430070
考虑在实际应变测量中传感器封装形式会影响光纤Bragg光栅测得的应变响应，本文研究了测量应变与实际应变之间的关系。针对埋入式光纤Bragg光栅传感器，建立了应变传递函数，并对传递函数的正确性和各个参数对测量应变的影响进行了研究。首先，根据埋入式光纤Bragg光栅传感器的受力特点，提出了多项式形式的剪应力分布，进一步建立了应变传递函数。然后，利用数值方法和实验对该应变传递函数进行验证。最后，分析了传感器长度、胶结层弹性模量、胶结层厚度对测量应变的影响。计算结果表明: 该应变传递函数正确; 胶结层厚度越薄，弹性模量越大，越有利于应变传递。该应变传递函数计算误差控制在5%以内，完全满足埋入式光纤Bragg光栅测量精度要求，对其实际应用具有指导意义。
光纤布拉格光栅 光纤传感器 应变测量 应变传递 剪应力 fiber-optic Bragg grating opticap fiber sensor strain measurement strain transfer shear stress
