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推挽式高灵敏光纤光栅水压传感器研究
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作者 洪博诚 吴崇坚 +3 位作者 于淼 常天英 姜海明 崔洪亮 《光学精密工程》 北大核心 2025年第14期2178-2190,共13页
针对高精度水位实时监测的技术需求,本研究创新性提出基于推挽式光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)结构的水压传感方法。通过圆形弹性膜片、传力杆、滑块与双FBG构建复合传感单元,实现压力-光信号的高效转换。首先,基于弹性力学... 针对高精度水位实时监测的技术需求,本研究创新性提出基于推挽式光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)结构的水压传感方法。通过圆形弹性膜片、传力杆、滑块与双FBG构建复合传感单元,实现压力-光信号的高效转换。首先,基于弹性力学理论建模与有限元仿真分析,建立双FBG推挽式传感系统的波长偏移量与压力间的线性响应模型。然后,经系统实验验证,该传感器在0~2 MPa量程内展现出1820.05 pm/MPa的压力灵敏度,线性度与重复性分别达0.69%和0.557%,响应时间为0.55 s,具备较高的压力灵敏度、良好的稳定性、较快的响应速度和极弱的蠕变特性。特别值得关注的是,其温度交叉灵敏度低至0.0006 pm/℃,成功实现温度自补偿功能。研究表明,该设计通过推挽结构有效抑制环境温度干扰,突破传统传感器灵敏度与量程间的性能折中,同时兼具全光纤无源特性及分布式组网能力。研究结果为海洋环境监测装备提供新型解决方案,其优异的抗干扰特性和工程适用性,标志着其在深海水压实时监测领域具有重要应用前景。 展开更多
关键词 水压传感器 光纤布拉格光栅 推挽 压力响应特性 温度不敏感性
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基于夹持粘贴式的光纤光栅传感器力热耦合测试 被引量:2
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作者 李鑫 黄薏静 +2 位作者 于纪成 徐赵洁 马冠军 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期27-37,共11页
针对力热耦合环境中对结构件应变测试的准确获取问题,提出一种基于夹持粘贴式与温度补偿解耦的裸光纤光栅传感器应变测试方法。首先,通过有限元分析对比夹持粘贴式、表面粘贴式两种与基材集成方式的应变传递率,两者应变传递率分别为99.... 针对力热耦合环境中对结构件应变测试的准确获取问题,提出一种基于夹持粘贴式与温度补偿解耦的裸光纤光栅传感器应变测试方法。首先,通过有限元分析对比夹持粘贴式、表面粘贴式两种与基材集成方式的应变传递率,两者应变传递率分别为99.47%与95.8%;然后,以光纤胶粘应变传递理论及有限元仿真分析不同标距比对夹持粘贴式光纤光栅传感器应变传递率的影响,发现随着标距比增加,应变传递率逐渐衰减。基于粘贴形式与标距比分析结果,选取标距比为1的夹持式裸光纤光栅与基材粘贴集成为试验件,同时集联一条裸光纤光栅温度传感器,在完成对光纤光栅温度/应变标定测试后,进行100~250℃、3 000με范围内的试验件梯度高温拉伸测试。实验结果表明,利用温度补偿法解耦出光纤光栅传感器测量的应变结果与标准高温应变片结果的平均相对误差最大值为2.26%。该研究结果对高温下光纤光栅传感器应变测量与集成的工程应用具有一定参考意义。 展开更多
关键词 光纤光栅传感器 应变传递 夹持粘贴 有限元分析 高温应变测试 温度补偿解耦
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压差式光纤Bragg光栅流量传感器 被引量:3
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作者 王宏亮 陈娇敏 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2012年第4期10-11,共2页
采用文丘里管式节流管和光纤Bragg光栅压强机构设计了一种压差式光纤光栅流量传感器。该传感器中将两根光纤光栅分别粘贴在两个垂直固定于圆筒壁内的等腰三角形悬臂梁中心线上,有效解决了温度与应变的交叉敏感问题,提高了测量精度。实... 采用文丘里管式节流管和光纤Bragg光栅压强机构设计了一种压差式光纤光栅流量传感器。该传感器中将两根光纤光栅分别粘贴在两个垂直固定于圆筒壁内的等腰三角形悬臂梁中心线上,有效解决了温度与应变的交叉敏感问题,提高了测量精度。实验测试结果表明,光纤光栅流量传感器中布拉格波长漂移量与流量的函数关系为二次曲线,实验结果与理论分析值符合得较好,其相对误差为2.9%。为了进一步减小误差,应选用光纤、粘结剂及波纹膜片三者杨氏模量相近的材料。 展开更多
关键词 光纤光学 光纤布拉格光栅 流量传感器 文丘里管
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一种差动式光纤Bragg光栅渗压、温度双参量传感器 被引量:7
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作者 肖元强 李得利 +3 位作者 李川 李英娜 谢涛 赵振刚 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第10期2251-2256,共6页
设计了一种差动式双光纤Bragg光栅渗压、温度双参量传感器。在渗压作用下,波纹管产生一个轴向位移,并传递给等强度悬臂梁的自由端,使等强度悬臂梁产生一个挠度变化,带动粘贴在悬臂梁上下表面的光纤Bragg光栅的中心波长发生移位。通过检... 设计了一种差动式双光纤Bragg光栅渗压、温度双参量传感器。在渗压作用下,波纹管产生一个轴向位移,并传递给等强度悬臂梁的自由端,使等强度悬臂梁产生一个挠度变化,带动粘贴在悬臂梁上下表面的光纤Bragg光栅的中心波长发生移位。通过检测两只光纤Bragg光栅中心波长的差值来获得渗压;通过检测两只光纤Bragg光栅中心波长的平均值来获得环境温度。传感器测试表明,传感器对渗压的灵敏度为1.982 nm/MPa,线性度约为0.97%,重复性为1.5%;传感器对温度的灵敏度为0.009 5 nm/℃,线性度约为3.4%。该传感器利用差动结构并结合适当的数据处理实现了对渗压与温度的双参量检测。 展开更多
关键词 光纤BRAGG光栅 差动 渗压传感器 温度传感器
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表面式光纤光栅传感器应变传递研究 被引量:13
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作者 王为 林玉池 黄银国 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2008年第12期1218-1220,共3页
建立了表面式光纤光栅传感器力学模型;推导了表面式光纤光栅传感器感测应变与基体应变间的关系;仿真分析了衬底厚度和黏结长度对应变传递效果的影响;实验证明在黏结长度为40mm有衬底和无衬底及黏结长度为20mm有衬底三种情况下光纤光栅... 建立了表面式光纤光栅传感器力学模型;推导了表面式光纤光栅传感器感测应变与基体应变间的关系;仿真分析了衬底厚度和黏结长度对应变传递效果的影响;实验证明在黏结长度为40mm有衬底和无衬底及黏结长度为20mm有衬底三种情况下光纤光栅应变传感器的灵敏度系数分别为54.4pm/0.1mm,54.8pm/0.1mm,52.8pm/0.1mm。实验结果证明了理论推导和仿真分析,为传感器封装提供了指导。 展开更多
关键词 表面光纤光栅传感器 应变传递 黏结长度 衬底厚度
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一种新型光纤Bragg光栅流量传感器的仿真与实验研究 被引量:8
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作者 蒋奇 高芳芳 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第2期1-7,共7页
为了克服传统单个光纤布喇格光栅传感器对温度交叉敏感的问题,设计制作了一种基于双光纤布喇格光栅的以阻流件和弹性体为换能元件的流量传感器.该流量传感器采用弹性伞状结构体作为流量传感器的换能元件,用硅胶树脂封装双光纤光栅的... 为了克服传统单个光纤布喇格光栅传感器对温度交叉敏感的问题,设计制作了一种基于双光纤布喇格光栅的以阻流件和弹性体为换能元件的流量传感器.该流量传感器采用弹性伞状结构体作为流量传感器的换能元件,用硅胶树脂封装双光纤光栅的弹性伞状结构体,起到了温度补偿的作用且提高了应变测量灵敏度.用有限元优化传感器结构,在1~20m/s的流速下利用ANSYS对传感器结构和传感器周围的流体场进行模拟分析,并计算了传感器的灵敏度,实验证明了硅胶树脂作为封装材料的优越性.进行了砝码千校法模拟实验,完成传感器封装前后的性能测试,通过提取该传感器的反射谱信号特征值,得到封装前后传感器的载荷响应灵敏度分别为:1.71nm/kg,0.103nm/kg.表明该流量传感器结构简单、安装方便、具有较好的线性度和灵敏度. 展开更多
关键词 传感器 流量 有限元 光纤 光栅 FLUENT 流速
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光纤Bragg光栅流量传感器的研究及进展 被引量:9
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作者 禹大宽 贾振安 +1 位作者 乔学光 刘钦朋 《光通信研究》 北大核心 2008年第6期37-39,共3页
光纤Bragg光栅流量传感器是基于光信号的新型流量传感器。当光纤光栅受到流体的作用时,其波长、相位都会发生变化,通过检测光信号的变化就可得到外界流量的变化。文章主要介绍了几种光纤光栅流量传感器的工作机理,分析了各种流量传感器... 光纤Bragg光栅流量传感器是基于光信号的新型流量传感器。当光纤光栅受到流体的作用时,其波长、相位都会发生变化,通过检测光信号的变化就可得到外界流量的变化。文章主要介绍了几种光纤光栅流量传感器的工作机理,分析了各种流量传感器的优缺点,并对光纤光栅流量传感器的发展进行了展望。 展开更多
关键词 光纤BRAGG光栅 流量测量 传感器
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具有线性输出的靶式流量传感器 被引量:3
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作者 王子延 许新 邱平 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1995年第2期191-193,共3页
具有线性输出的靶式流量传感器王子延,许新,邱平(西安交通大学),(煤炭科学院西安分院)0引言靶式流量传感器是一种结构简单适用性广的测量传感器,它利用流体作用于靶面上的力完成流量测量[1][2][3]。传统靶式流量计由... 具有线性输出的靶式流量传感器王子延,许新,邱平(西安交通大学),(煤炭科学院西安分院)0引言靶式流量传感器是一种结构简单适用性广的测量传感器,它利用流体作用于靶面上的力完成流量测量[1][2][3]。传统靶式流量计由检测和转换两个部分组成,检测部分的... 展开更多
关键词 传感器 流量传感器 测量
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一种实用型组合式光纤流量传感器
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作者 陈伟民 孟爱东 +3 位作者 邹建 张志鹏 唐军 黄尚廉 《传感技术学报》 CAS CSCD 1997年第4期20-24,共5页
本文针对光纤流量传感器应用推广中存在的问题,提出了组合式光纤流量传感器的方案。根据组合式传感的特点及实用化的要求,文章详细讨论了光纤发讯头、光发射机、光接收机等关键环节的难点及解决的办法,从而给出了整个组合式光纤流量传... 本文针对光纤流量传感器应用推广中存在的问题,提出了组合式光纤流量传感器的方案。根据组合式传感的特点及实用化的要求,文章详细讨论了光纤发讯头、光发射机、光接收机等关键环节的难点及解决的办法,从而给出了整个组合式光纤流量传感器系统,并经实际应用证明了其实用性。 展开更多
关键词 传感器 组合 流量测量 光纤元件
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组合式光纤流量传感器应用研究
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作者 陈伟民 孟爱东 +1 位作者 古渊 梁彬 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 1997年第5期32-35,共4页
本文针对油库收发油品时人工计量存在的问题,根据流量测量自动化的要求,并结合油品计量精度要求高、防火防爆要求苛刻的特点,提出了组合式光纤流量传感的方案。根据组合式传感的特点及油库现场应用的要求,文章详细讨论了光纤发讯头... 本文针对油库收发油品时人工计量存在的问题,根据流量测量自动化的要求,并结合油品计量精度要求高、防火防爆要求苛刻的特点,提出了组合式光纤流量传感的方案。根据组合式传感的特点及油库现场应用的要求,文章详细讨论了光纤发讯头、光发射机、光接收机等关键环节的难点及解决的办法,从而给出了整个组合式光纤流量传感器系统,并实际应用于油库现场,经受住了现场的各种考验。 展开更多
关键词 组合 光纤传感器 传感器 流量测量仪表
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光纤Bragg光栅流量传感器 被引量:17
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作者 胡玉瑞 唐源宏 李川 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第4期471-474,共4页
采用靶式结构作为光纤Bragg光栅流量传感器的换能元件,其中两片光栅分别粘贴于等强度悬臂梁的上下两表面。采用双光栅粘贴方式对传感器进行温度补偿,有效的解决了应变与温度交叉敏感的问题,提高了测量灵敏度。实验表明该靶式光纤Bragg... 采用靶式结构作为光纤Bragg光栅流量传感器的换能元件,其中两片光栅分别粘贴于等强度悬臂梁的上下两表面。采用双光栅粘贴方式对传感器进行温度补偿,有效的解决了应变与温度交叉敏感的问题,提高了测量灵敏度。实验表明该靶式光纤Bragg光栅流量传感器的载荷响应灵敏度为33.6pm/kg,测量精度为0.5%。 展开更多
关键词 流量传感器 光纤BRAGG光栅 光栅 温度补偿 Bragg波长 载荷
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用于高温环境的压力式光纤光栅温度传感器设计 被引量:2
12
作者 黄嘉 陈富云 +2 位作者 邓霄冉 赵振刚 李川 《工具技术》 2018年第6期115-118,共4页
针对传统压力式温度计在实际应用中易受电磁干扰和环境温度影响的问题,设计了一种适合高温工作环境的气体压力式光纤Bragg光栅温度传感器。该传感器在压力式温度计的结构基础上将压力敏感元件替换为传压杆及等强度悬臂梁,建立传感器理... 针对传统压力式温度计在实际应用中易受电磁干扰和环境温度影响的问题,设计了一种适合高温工作环境的气体压力式光纤Bragg光栅温度传感器。该传感器在压力式温度计的结构基础上将压力敏感元件替换为传压杆及等强度悬臂梁,建立传感器理论数学模型并进行测温试验,将实测值与理论值进行比较,证明该传感器的设计可行,可用于有特殊环境要求的温度检测。 展开更多
关键词 光纤BRAGG光栅 温度传感器 压力 静态特性
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浮子式光纤Bragg光栅密度传感器 被引量:1
13
作者 牛生辉 李川 +1 位作者 黄代民 张海亮 《激光杂志》 CAS CSCD 北大核心 2010年第2期27-29,共3页
针对传统浮子式玻璃密度计测量人为因素影响的缺点,实现了易燃易爆液体密度的本安测量。浮子式光纤Bragg光栅液体密度传感器全部浸没在被测液体中,液体密度导致浮子受浮力作用,等强度悬臂梁发生挠度变化,粘贴在悬臂梁上的光纤Bragg光栅... 针对传统浮子式玻璃密度计测量人为因素影响的缺点,实现了易燃易爆液体密度的本安测量。浮子式光纤Bragg光栅液体密度传感器全部浸没在被测液体中,液体密度导致浮子受浮力作用,等强度悬臂梁发生挠度变化,粘贴在悬臂梁上的光纤Bragg光栅的Bragg波长发生移位,通过与传感器连接的光谱分析仪,得到Bragg中心波长移位量,算出被测液体的密度。通过试验,Bragg波长的移位-密度量为传感器的灵敏度,为1.2pm/kg/m3,分辨率为0.83kg/m3/pm。测量范围:0.000kg/m3至2.459×103kg/m3。 展开更多
关键词 光纤BRAGG光栅 浮子 密度传感器 本安测量
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基片式光纤光栅应变传感器增敏结构研究 被引量:5
14
作者 李忠玉 张志勇 +2 位作者 张信普 杨顺智 王鹏 《光通信技术》 北大核心 2018年第6期21-24,共4页
改变光纤光栅(FBG)传感器的封装结构在提高传感器的测量灵敏度、保护传感器方面具有重要的作用。在传统应变片封装结构的基础上,设计了一种具有新型增敏结构的基片式封装结构。对新型封装的结构参数与传感器应变灵敏度之间的关系进行了... 改变光纤光栅(FBG)传感器的封装结构在提高传感器的测量灵敏度、保护传感器方面具有重要的作用。在传统应变片封装结构的基础上,设计了一种具有新型增敏结构的基片式封装结构。对新型封装的结构参数与传感器应变灵敏度之间的关系进行了仿真分析,并与一般封装结构的特性进行了对比。仿真结果表明,在整体尺寸相同的情况下,采用新型增敏结构应变片的应变灵敏度为463με/N,是一般封装结构应变片的3.4倍。对FBG传感器进行了封装处理和对比测试实验,实验结果与理论设计相符合。 展开更多
关键词 光纤布喇格光栅 基片 增敏结构 应变传感器 灵敏度
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基片式光纤光栅传感器加速度试验研究 被引量:3
15
作者 杜翠翠 孔德仁 徐春冬 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期152-159,共8页
为测试光纤光栅(FBG)传感器是否可以承受由加速度引起的稳态惯性载荷,以及在承受这些载荷期间的传感性能,设计了一种铝合金基片封装式光纤光栅应变和温度传感器,并对其进行了加速度性能验证。确定了FBG应变和温度传感器的设计尺寸,阐述... 为测试光纤光栅(FBG)传感器是否可以承受由加速度引起的稳态惯性载荷,以及在承受这些载荷期间的传感性能,设计了一种铝合金基片封装式光纤光栅应变和温度传感器,并对其进行了加速度性能验证。确定了FBG应变和温度传感器的设计尺寸,阐述了封装过程,分析了FBG传感器的应变和温度传感机理,开发了基于体相位光栅和线阵光电探测器的光谱检测解调系统。搭建了加速度试验装置,并按照GJB150.15A“加速度试验”要求和方法对选取的FBG应变和温度传感器进行了加速度性能测试。试验结果表明:在加速度试验前后的2 min性能测试中,波长偏移量均未超过±50 pm,且光强变化未超过0.3 V;在加速度试验中,波长偏移量最大波动为±7 pm,光强均在1.3 V~4.003 V内。验证了所设计的光纤光栅传感器具备承受加速度载荷的能力,且承受载荷期间传感性能良好。 展开更多
关键词 基片光纤光栅传感器 铝合金封装 波长解调技术 GJB150.15A“加速度试验”
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基于光纤光栅的一体式靶式流量传感技术 被引量:12
16
作者 张正义 《发光学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期217-223,共7页
针对以往液压系统检测中存在的特点,如结构杂、体积大、精度低,设计了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)的一体式靶式流量传感器。分析了FBG及靶式流量传感原理,设计出一种组成紧凑、便于密封以及拆装的一体式靶片,将放在流体里的靶片受到的... 针对以往液压系统检测中存在的特点,如结构杂、体积大、精度低,设计了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)的一体式靶式流量传感器。分析了FBG及靶式流量传感原理,设计出一种组成紧凑、便于密封以及拆装的一体式靶片,将放在流体里的靶片受到的与流速成相关变化的冲击力变为FBG波长的漂移,双FBG对称分布,分别放在悬臂梁两表面中轴线处,这种差动形式可以很好地增加灵敏度,并且可以解决应变和温度的交叉敏感现象。通过FLUENT分析了流体形式,结果显示这种结构给流体造成的影响比一般结构小。实验测试过程中,双FBG中心波长总变化数值和放置于靶片的质量呈现出明显的线性变化,并且灵敏度为一个FBG灵敏度的双倍,可靠性以及稳定性较好。 展开更多
关键词 等强度悬臂梁 光纤BRAGG光栅 流量传感 结构
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一种新型FBG热式液体流量传感器 被引量:13
17
作者 贾振安 杨凯庆 +2 位作者 赵显锋 白燕 高宏 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期37-43,共7页
光纤布拉格光栅热式流量传感器目前只适用于气体流量,为扩大其应用领域,设计了一种可用于液体流量测量的新型光纤布拉格光栅热式流量传感器。该光纤布拉格光栅热式流量传感器使用陶瓷加热片以恒定功率提供热量,不同流量的液体经过传感... 光纤布拉格光栅热式流量传感器目前只适用于气体流量,为扩大其应用领域,设计了一种可用于液体流量测量的新型光纤布拉格光栅热式流量传感器。该光纤布拉格光栅热式流量传感器使用陶瓷加热片以恒定功率提供热量,不同流量的液体经过传感器时带走的热量不同,通过检测光纤布拉格光栅中心波长的变化就可以测得传感器的温度变化,进而推导出液体流量大小。通过温度传感测试实验和流量传感测试实验,验证了所设计的传感器可用于液体流量测量。实验结果表明,该传感器的流量测量范围为40.575~550.664 L/h。 展开更多
关键词 光纤传感 流量传感器 光纤布拉格光栅 液体流量 流量测量
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光纤光栅传感器在建筑结构加固检测中的应用研究 被引量:13
18
作者 姜德生 陈大雄 梁磊 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2004年第5期50-53,共4页
针对结构加固检测的问题 ,提出了采用光纤光栅传感技术进行结构加固过程中应变监测的新方案 ,分析了光纤光栅传感器的传感原理 ,研制出相应的实验系统 ,并通过对 15 0mm× 15 0mm× 12 0 0mm包钢加固混凝土柱进行加载破坏性试... 针对结构加固检测的问题 ,提出了采用光纤光栅传感技术进行结构加固过程中应变监测的新方案 ,分析了光纤光栅传感器的传感原理 ,研制出相应的实验系统 ,并通过对 15 0mm× 15 0mm× 12 0 0mm包钢加固混凝土柱进行加载破坏性试验 ,与常规的电检测技术进行了对比实验。实验结果表明 :光纤光栅传感器比电检测系统具有更高量级的精度 ,能绝对数值测量 ,抗干扰能力强 ,结构简单 ,长期稳定性高 ,很好地实现对建筑结构的实时、在线监测。该技术在土木工程界具有广泛的应用前景。 展开更多
关键词 光纤布喇格光栅 粘贴传感器 结构加固
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预拉伸光纤光栅应变传感器传感性能研究 被引量:10
19
作者 张开宇 闫光 +1 位作者 鹿利单 祝连庆 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2017年第5期654-658,共5页
为了提高光纤光栅测量应变的测量范围与测量精度,该文对基片式光纤光栅传感器应变传递理论及其有限元分析应力分布进行了阐述,并对光纤光栅应变传感器的制作工艺进行了探索。封装工艺与普通基片式光纤光栅传感器的不同是在制作时加载确... 为了提高光纤光栅测量应变的测量范围与测量精度,该文对基片式光纤光栅传感器应变传递理论及其有限元分析应力分布进行了阐述,并对光纤光栅应变传感器的制作工艺进行了探索。封装工艺与普通基片式光纤光栅传感器的不同是在制作时加载确定的预紧力,用等强度梁对预应力基片式光纤光栅传感器进行测试并标定,得到传感器灵敏度为0.88pm/με,线性度为0.996,传递效率为74%。并在MTS拉伸试验机上进行预紧力基片式光纤光栅传感器、裸光纤光栅传感器与电阻应变计压缩对比实验研究,实验表明,预拉伸制作工艺提高了光纤光栅测量压缩应变的线性度与测量范围。 展开更多
关键词 基片 光纤光栅 应变传感器 预拉伸 线性度 灵敏度
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光纤流量传感器的进展 被引量:8
20
作者 张倩 乔学光 傅海威 《光通信研究》 北大核心 2007年第3期58-61,共4页
光纤流量传感器是一种基于光信号的新型流量传感器。光纤中传输的光信号受到流量的作用,其强度、相位、波长等参数都会发生变化,通过检测光信号相关的变化可得到相应的流量大小。文章就几种类型的光纤流量传感器的工作原理及特性进行了... 光纤流量传感器是一种基于光信号的新型流量传感器。光纤中传输的光信号受到流量的作用,其强度、相位、波长等参数都会发生变化,通过检测光信号相关的变化可得到相应的流量大小。文章就几种类型的光纤流量传感器的工作原理及特性进行了阐述,对它们的优缺点进行分析比较,并提出了改进方案。 展开更多
关键词 光纤 流量 光纤布拉格光栅 传感器
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