作者单位
摘要
浙江大学 信息与电子工程学院, 浙江省先进微纳电子器件与智能系统重点实验室, 浙江 杭州310027
声表面波(SAW)器件广泛应用于极端环境传感, 硅酸镓镧(LGS)是常用高温压电晶体, 但高温下应变胶因结合力导致应变传递效果不佳。该文研究了高温环境下应变传感的过渡层薄膜技术, 提出了一种新的过渡层薄膜解决方案及其工艺技术, 可实现高温应变胶水传递应变更稳定的效果。结果表明, 采用溅射Al再氧化可显著提升LGS与高温胶的结合力, 从而实现很好的应变传递, 使用这种过渡层实现了500 ℃下超大量程(1 000 με)测量。
高温应用 高温应变测量 应变传递 压电晶体 声表面波(SAW) high temperature applications high temperature strain measurement strain transfer piezoelectric crystals surface acoustic waves(SAW) 
压电与声光
2022, 44(6): 851
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Industrial Engineering, University of Bologna, 47121 Forlì, Italy
2 Sestosensor SRL, R&D Department, Zola Predosa 40069, Italy
3 Fibrain Sp. Z.o.o., Wspólna 4A, Rzeszów 35-205, Poland
4 Consiglio Nazionale delle Ricerche, IMM Institute, Bologna 40129, Italy
Two innovative optical fiber cable layouts designed to improve strain measurement accuracy for Brillouin Optical Time Domain Analysis (BOTDA) sensors through improved strain transfer efficiency are presented and discussed. Swept Wavelength Interferometry (SWI) is used to experimentally evaluate their performance alongside analytical models and numerical simulation through Finite Element Method (FEM). The results show good agreement between the different methods and show that the second sensing cable design presents good features to minimize the mismatch between measured and actual strain. Finally, the strain response of both strain and temperature sensing cables of this design are evaluated, showing that their difference in response is reliable enough to allow temperature compensation.Two innovative optical fiber cable layouts designed to improve strain measurement accuracy for Brillouin Optical Time Domain Analysis (BOTDA) sensors through improved strain transfer efficiency are presented and discussed. Swept Wavelength Interferometry (SWI) is used to experimentally evaluate their performance alongside analytical models and numerical simulation through Finite Element Method (FEM). The results show good agreement between the different methods and show that the second sensing cable design presents good features to minimize the mismatch between measured and actual strain. Finally, the strain response of both strain and temperature sensing cables of this design are evaluated, showing that their difference in response is reliable enough to allow temperature compensation.
Brillouin scattering Optical fiber sensors Fiber ring lasers Strain transfer Structural health monitoring 
Journal of the European Optical Society-Rapid Publications
2022, 18(1): 2022007
作者单位
摘要
1 武汉工程大学机电工程学院,湖北 武汉 430205
2 中国特种设备检测研究院,北京 100029
光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器的应变传递影响因素决定了其在监测结构应变时的准确性。为了研究FBG应变传感器的应变传递影响因素,建立了传感器应变传递力学模型,并进行应变传递的理论推导,得到该传感器的应变传递率。为了保证计算正确,对传感器的特殊结构进行了有限元仿真计算。此外,还分析了传感器的应变传递影响因素及其影响效果,并用有限元仿真对不同的影响因素进行了计算,验证了理论推导的准确性。
光纤光学 应变传递 影响因素 有限元仿真 
激光与光电子学进展
2022, 59(5): 0506006
葛子阳 1,2王彦 1,2,*赵慧 3金萍 1,2范保存 1,2
作者单位
摘要
1 安徽省高校电力电子与运动控制重点实验室(安徽工业大学),安徽 马鞍山 243000
2 安徽工业大学 电气与信息工程学院,安徽 马鞍山 243000
3 山东华宁矿业集团有限公司,山东 泰安 271400
针对强电磁干扰环境下,压电、光电类脉搏波传感器易受干扰的缺点,提出一种柔性材料封装的光纤布拉格光栅脉搏波传感器,用于测量人体桡动脉脉搏信号。首先使用comsol有限元仿真软件,探究最优的封装厚度和光纤在基材中的位置。根据仿真结果,结合应变传递效果和传感器的灵活性,优化选择传感器厚度为5 mm,光纤封装在距离基体下表面1 mm处。以此制作了柔性光纤布拉格光栅脉搏波传感器,对十名测试者的人体桡动脉脉搏进行采集,采用改进的阈值小波方法去噪,去噪后的信号能很好的保留脉搏波信号的特征点,信噪比均达到了40以上,且峰值点、潮波点和重搏波点识别率分别达到100%,100%和90%。本文设计的柔性基体FBG脉搏波传感器能有效获取及识别脉搏波信号,为进一步的应用提供了理论基础及应用支撑。
光纤布拉格光栅 应变传递 脉搏波 小波去噪 Fibre Bragg grating Strain transfer Pulse wave Wavelet denoising 
光子学报
2021, 50(12): 1206002
作者单位
摘要
沈阳建筑大学 土木工程学院, 沈阳110168
采用3D打印方法开发光纤光栅应变传感器,建立裸光纤光栅传感器、3D打印封装层、被测基体三者之间的应变耦合传递的分离式模型,推导光纤光栅传感器与被测基体的应变传递关系,分析夹持式3D打印光纤光栅应变传感器应变传递率的影响因素,包括封装层弹性模量、封装层厚度、黏结长度。研究结果表明平均应变传递率与封装层弹性模量和黏结长度呈正相关,与封装层厚度呈负相关。研究成果对夹持式光纤光栅应变测量、误差修正和传感器设计,以及3D打印技术封装光纤布拉格光栅的可行性具有参考意义。
光纤传感器 3D打印方法 应变传递耦合机理 封装技术 夹持式光纤光栅传感器 Fiber optics sensors Three dimensions printing method Strain transfer coupling mechanism Packaging technology Clamped fiber Bragg grating sensor 
光子学报
2021, 50(9): 0906002
作者单位
摘要
苏州科技大学土木工程学院,江苏 苏州 215000
分析了光纤传感器应变传递率的影响因素,进行了粘贴式光纤传感器等强度梁试验。光纤传感器监测结构材料中应变分布的能力取决于材料与光纤之间的键合特性。取粘贴长度和胶体剪切模量两个参数,研究了分布式光纤传感器应变传递的顶端效应。结果表明:延长粘贴的光纤长度或提高胶体的剪切模量,可以使高应变传递段加长。工程应用中应选用剪切模量高的胶黏剂,粘贴长度应在粘贴测量段两端多粘贴5 cm,以保证测量段可以得到相对精确的应变结果。
光纤光学 光纤测量 光纤传感器 瑞利散射 光频域反射技术 应变传递率 等强度梁 
激光与光电子学进展
2021, 58(19): 1906005
作者单位
摘要
1 北京信息科技大学 光电测试技术及仪器教育部重点实验室,北京 100192
2 北京信息科技大学 光纤传感与系统北京实验室,北京 100016
为提高浮空器气囊蒙皮形变光纤布拉格光栅监测的应变传递效率,研究了柔性复合蒙皮光纤光栅应变传递特性。针对柔性复合蒙皮材料结构特征,建立了“光纤光栅—粘贴层—蒙皮结构”三层应变传递模型,推导出应变传递变化函数,通过解析方法和有限元方法对光纤光栅传感器各点应变传递率进行了计算,并分析了粘贴层及蒙皮结构相关参数对应变传递率的影响,得出表面粘贴式光纤光栅传感结构最佳封装参数。研究结果表明,对于传感器中部的应变传递效率,解析和数值方法计算误差小于5%,当粘贴层弹性模量为0.5 GPa、粘贴长度为40 mm、粘贴宽度为6 mm、上下粘贴层厚度分别为0.2 mm和0.1 mm时,光纤光栅应变传递模型封装参数优化后的应变传递率可达97.04%,可满足浮空器气囊形变监测的灵敏度要求。
浮空器 柔性复合蒙皮 光纤光栅 表贴式传感器 应变测量 应变传递 aerostat flexible composite skin FBG surface bonded sensor strain measurement strain transfer 
红外与激光工程
2021, 50(5): 20200315
作者单位
摘要
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院 光电工程系, 北京 100191
为提高光纤布拉格光栅(FBG)形状传感器的形状重建精度,减小光栅点的重建位置误差,设计了一种FBG传感元件结构。通过建立传感元件应变传递力学模型,推导出平均应变传递率表达式,并结合传感元件有限元仿真模型,分析了相关结构参数对传感元件应变传递率的影响,将有限元仿真与理论计算结果进行对比,验证了理论模型的有效性。进而分析了应变传递率对传感系统形状重建精度的影响,得出当光栅点应变传递率保持在90%以上时,光栅点的重建位置误差将保持在0.08mm内。该研究表明,通过合理控制影响参数,可有效提高传感元件应变传递效率,减小传感系统形状重建位置误差,从而提高光纤形状传感器的形状重建定位精度。
光纤传感 光纤光栅 应变传递 位置误差 形状重建精度 optical fiber sensing fiber grating strain transfer position error shape reconstruction accuracy 
半导体光电
2020, 41(6): 833
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
为了研究光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)在感知形状变形时, 低杨氏模量的柔性材料与高杨氏模量的刚性二氧化硅的结合是否存在刚-柔应变耦合引起的蠕变、应变传递差异等实际问题。采用软体机器人常用的硅胶和聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane, PDMS)材料, 制备了4个不同杨氏模量的软体基体, 在每个软体基体内植入了3个FBG, 形成4个具备形状测量能力的柔性传感器, 并进行弯曲测试, 然后建立应变传递模型验证了实验结果与理论推导的一致性。结果表明: 软体基体和FBG结合时存在刚-柔耦合引起的蠕滑问题, 约30 min后趋于耦合稳定。其次, 4个柔性传感器内的3支FBG耦合稳定后的波长漂移量均表现出较好的线性和一致性。此外, FBG与基体的刚-柔性差异越大, 耦合蠕滑越严重, 应变传递引起的波长漂移量越小。其中, 最大应变传递率为0.680, 最小应变传递率为0.260, 最大灵敏度为56.649, 最小灵敏度为35.668。研究结果为基于植入式光纤光栅的软体机器人形状测量技术的研究提供了科学参考。
光纤布拉格光栅 刚-柔应变耦合 应变传递差异 软体机器人 形状测量 Fiber Bragg Grating(FBG) rigid-flexible strain coupling difference of strain transfer soft robot shape measurement 
光学 精密工程
2020, 28(8): 1634
徐义武 1,2张素侠 1,2,*
作者单位
摘要
1 天津大学机械工程学院力学系, 天津 300354
2 天津市非线性动力学与控制重点实验室, 天津 300354
表贴式光纤布拉格光栅传感器包括光纤、中间层、基体三部分,通过分析胶体与光纤的弹性模量比,探究胶体的弹性模量、泊松比、长度等因素对基体到光纤平均应变传递率的影响。实验结果表明,与未考虑弹性模量比时的平均应变传递率相比,考虑弹性模量比时,平均应变传递率随胶体弹性模量、长度的增加而增加,随胶体厚度、泊松比的增加而减小,随胶体宽度的增加先增加后减小,研究结果更符合实际应用情况。
光纤光学 表贴式传感器 弹性模量比 平均应变传递率 
激光与光电子学进展
2020, 57(21): 210606

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