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内嵌式光纤布拉格光栅传感器智能钢绞线有效预应力监测技术的工程应用 被引量：1
1
作者 贾俊峰 侯智献 +3 位作者 杜瑞民 王蕾 白石 李小龙 《济南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期228-237,244,共11页
为了解决实际工程中预应力混凝土结构体内有效预应力无法监测的问题,根据光纤布拉格光栅传感器在结构健康监测中具有精度高、实时性强等优点,探讨内嵌式光纤布拉格光栅传感器智能钢绞线有效预应力监测技术的工程应用;通过对该智能钢绞... 为了解决实际工程中预应力混凝土结构体内有效预应力无法监测的问题,根据光纤布拉格光栅传感器在结构健康监测中具有精度高、实时性强等优点,探讨内嵌式光纤布拉格光栅传感器智能钢绞线有效预应力监测技术的工程应用;通过对该智能钢绞线开展拉伸试验,检验智能钢绞线的拉伸强度、线性度等参数;以云南省某高速公路预应力混凝土T梁桥示范工程为例,同时监测预应力混凝土T梁桥正、负弯矩区智能钢绞线张拉过程中智能钢绞线内的有效预应力,得到正弯矩区混凝土弹性压缩、智能钢绞线与孔道间摩擦、锚具变形和智能钢绞线内缩造成的预应力损失,并与千斤顶张拉应力及预应力损失的规范理论计算值对比。结果表明:该智能钢绞线力学性能和线性度良好,并且应变灵敏度系数即每微应变波长的变化值为1.22~1.26 pm,与应变灵敏度系数的理论值1.21 pm相差较小;相对于千斤顶张拉应力及有效预应力的规范理论计算值,预应力混凝土T梁桥正、负弯矩区智能钢绞线张拉过程中各测点处光纤布拉格光栅传感器监测应力的最大误差不超过3.86%,并且与预应力损失的规范理论计算值相比,该智能钢绞线在各测点处的预应力损失监测值误差较小;该智能钢绞线表现出良好的可靠性和稳定性,能满足实际工程需求。 展开更多
关键词 结构健康监测 有效预应力 智能钢绞线 光纤布拉格光栅传感器 工程应用
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一种聚合物封装的光纤布拉格光栅超声波传感器
2
作者 涂兴华 赵海洋 《量子电子学报》 北大核心 2025年第2期286-294,共9页
针对裸光纤光栅对超声波响应灵敏度较低的问题,本文提出一种聚合物封装的光纤光栅传感器,通过在光纤光栅周围封装一层厚度远超光纤直径的聚合物涂覆层,提高了光纤光栅在受到超声波作用时的应变灵敏度。首先,建立光纤光栅传感模型,根据... 针对裸光纤光栅对超声波响应灵敏度较低的问题,本文提出一种聚合物封装的光纤光栅传感器,通过在光纤光栅周围封装一层厚度远超光纤直径的聚合物涂覆层,提高了光纤光栅在受到超声波作用时的应变灵敏度。首先,建立光纤光栅传感模型,根据传输矩阵法仿真分析了聚合物杨氏模量和泊松比对光纤光栅应变的影响。随后,利用聚氨酯(PU)、聚丙烯酸酯(ABR)与聚氯乙烯(PVC)塑料三种不同参数的聚合物材料封装光纤光栅,通过线性边缘滤波法将光纤光栅的波长漂移转化为电压信号,测量封装后的传感器对超声波的传感特性。研究结果表明,聚合物杨氏模量的降低与泊松比的提高有助于改善光纤光栅对超声波的响应灵敏度。三种材料中,PU封装后的效果最好,峰值电压达到139.6 mV,约是裸光纤光栅的15倍,且封装后的传感器的峰值电压随着距声源距离的增大呈指数型衰减,符合超声波在水中的理论衰减趋势,可以用来还原空间中的声场状态。 展开更多
关键词 纤维与波导光学 光纤布拉格光栅 线性边缘滤波法 聚合物 超声波传感
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基于光纤布拉格光栅的压力式海洋波浪高度传感器
3
作者 刘兆坤 杜大伟 +5 位作者 赵强 陈东营 惠力 张文 孙鹏 郭风祥 《光子学报》 北大核心 2025年第4期150-161,共12页
波浪的实测数据对海浪模型校准、海上生产实践以及海洋灾害预防具有重要作用。提出了一种基于光纤布拉格光栅的压力式海洋波浪高度传感器,实现对海洋波浪高度的实时测量。采用有限元分析对传感器结构进行优化设计,并对传感器的测量原理... 波浪的实测数据对海浪模型校准、海上生产实践以及海洋灾害预防具有重要作用。提出了一种基于光纤布拉格光栅的压力式海洋波浪高度传感器,实现对海洋波浪高度的实时测量。采用有限元分析对传感器结构进行优化设计,并对传感器的测量原理进行理论分析。通过标定实验可知该波浪高度传感器的压力灵敏度为-9.486 nm/MPa,有效测量量程为0~0.3 MPa。针对传统零线提取方法存在的零点遗漏问题,提出了基于平滑先验方法的波浪零线选取方法,实现零点动态选择,该方法在复杂海洋条件下表现出更好的适用性。外场实验结果表明,该波浪高度传感器各波高特征值的变化趋势与SBF3-2型波浪浮标的测量结果一致,两者相关系数均高于0.85,验证了光纤布拉格光栅海洋波浪高度传感器的可行性。该传感器具有水下无源、抗电磁干扰、信号传输速度快的特点,可为近岸波高测量提供一种新的光学测量方法,具有良好的应用前景。 展开更多
关键词 光纤布拉格光栅 波高传感器 压力测量 海岸监测 海洋波浪
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光纤布拉格光栅力传感器在微创手术中的应用
4
作者 鲁国志 耿鹏 +2 位作者 黄宇辰 周虹吉 何彦霖 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第2期366-380,共15页
微创手术由于具有创伤小、疼痛轻、恢复快等优点,目前在临床很多领域均有应用。由于微创手术切口小的限制,手术部位缺乏直接的触觉反馈,显著增加了术中操作的复杂性,因此,实现术中实时精确的力感知对于手术的精准性与安全性至关重要。... 微创手术由于具有创伤小、疼痛轻、恢复快等优点,目前在临床很多领域均有应用。由于微创手术切口小的限制,手术部位缺乏直接的触觉反馈,显著增加了术中操作的复杂性,因此,实现术中实时精确的力感知对于手术的精准性与安全性至关重要。光纤布拉格光栅传感器因其高灵敏度、抗电磁干扰、小尺寸和生物相容性等优势,在微创手术中展现出巨大的应用潜力。但是,目前仍有一些问题制约了该技术的进一步发展,亟需探索解决方案。故系统梳理了近十年来光纤光栅传感器在微创手术力感知方面的研究进展,总结了常见的光纤光栅应变与温度解耦技术,这对于减轻温度干扰、提高力感知精度起着关键作用。同时,详细阐述了光纤光栅力传感器在内窥镜微创手术、血管介入手术、视网膜显微手术等微创手术中的最新研究进展及应用情况,分析了传感器的结构设计和力反馈计算方法。此外,还深入探讨了光纤光栅力传感器在实际应用中面临的挑战,包括高精度微力传感器设计、实时数据处理与反馈、力传感器系统智能化、多模态数据融合以及产品化与临床转化等方面。最后,对光纤光栅力传感器的未来发展方向进行了展望,期待通过技术创新推动光纤光栅力传感器在医疗领域的广泛应用。 展开更多
关键词 光纤布拉格光栅 微创手术 力测量 温度补偿
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二维低频光纤布拉格光栅振动传感器的设计 被引量：2
5
作者 刘强 李文静 +4 位作者 马超 魏淑辉 付天舒 于波 刘超 《中国光学（中英文）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1450-1457,共8页
本文设计了一种可在x轴和z轴方向工作的对称圆形柔性铰链式二维振动传感器,以对低频振动信号进行获取和监测。从理论上分析了传感结构的力学特性,在Comsol中建立模型进行仿真分析,并采用有限元法对结构进行优化设计,将铰链谐振频率设计... 本文设计了一种可在x轴和z轴方向工作的对称圆形柔性铰链式二维振动传感器,以对低频振动信号进行获取和监测。从理论上分析了传感结构的力学特性,在Comsol中建立模型进行仿真分析,并采用有限元法对结构进行优化设计,将铰链谐振频率设计为420 Hz。采用光纤布拉格光栅(FBG)作为应变检测器件粘贴在铰链结构表面,利用边沿滤波器法实现FBG的动态解调,采用标准振动台对传感器性能进行测试。实验结果表明该传感器在x轴和z轴的谐振频率为420 Hz,工作频率为20~300 Hz。在平坦区的平均灵敏度为1847.32 mV/g,加速度分辨率达5.41×10^(-4)g。该传感器在所有二维方向上的横向干扰水平均小于5%。本文设计的传感器为二维振动传感器,可适用于低频振动信号的高灵敏检测。 展开更多
关键词 加速度传感器 振动检测 光纤布拉格光栅 铰链结构
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基于铰链杠杆结构光纤光栅温度压力传感器
6
作者 刘强 马超 +5 位作者 魏淑辉 刘伟 王建鑫 吕靖薇 吕婷婷 刘超 《中国光学(中英文)》 北大核心 2025年第1期63-69,共7页
本文设计了一种高灵敏度温度和压力传感器。该传感结构利用膜片将压力传递给双铰链杠杆结构,采用光纤布拉格光栅(FBG1)作为应变传感器实现压力的测量。此外,双铰链杠杆的引入有效提升了传感器的压力测量灵敏度。仿真和实验测量结果证实... 本文设计了一种高灵敏度温度和压力传感器。该传感结构利用膜片将压力传递给双铰链杠杆结构,采用光纤布拉格光栅(FBG1)作为应变传感器实现压力的测量。此外,双铰链杠杆的引入有效提升了传感器的压力测量灵敏度。仿真和实验测量结果证实,该传感器在0~18 MPa的测量范围内,灵敏度达到453.16 pm/MPa。同时,将另外一支光纤布拉格光栅(FBG2)粘贴在杠杆上,以消除压力测量过程中的温度交叉敏感问题,从而实现温度和压力的同时测量。在25~65℃测量范围内,温度灵敏度为10.41 pm/℃。由于光纤传感器的抗电磁干扰特性,该类传感器可用于苛刻环境中的温度和压力测量。 展开更多
关键词 压力传感器 光纤布拉格光栅 铰链杠杆结构 温度传感器
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玻璃幕墙外置式光纤光栅索力传感器的设计与应用
7
作者 朱万旭 凌云翔 +1 位作者 刘鹏 刘丰荣 《光通信技术》 北大核心 2025年第5期72-77,共6页
为实现对幕墙索力的精准测量,提出一种玻璃幕墙外置光纤布喇格光栅(FBG)索力传感器。通过开展应变标定试验验证其静态性能,结合温度补偿试验以消除应变与温度的交叉敏感性,并经过索力标定试验建立了索力与FBG波长变化量之间的标定关系,... 为实现对幕墙索力的精准测量,提出一种玻璃幕墙外置光纤布喇格光栅(FBG)索力传感器。通过开展应变标定试验验证其静态性能,结合温度补偿试验以消除应变与温度的交叉敏感性,并经过索力标定试验建立了索力与FBG波长变化量之间的标定关系,最终将其应用于实际工程。试验结果表明:该传感器经过增敏设计后,应变灵敏度为1.9 pm/με,为裸贴光栅的1.58倍。工程上,在0~110 kN内,传感器实测值与油压千斤顶荷载的最大相对误差为3.41%,满足工程需求,具有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 幕墙 拉索 索力 光纤布喇格光栅 传感器
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锥形光纤布拉格光栅制备工艺及传感特性研究
8
作者 刘明尧 兰永清 李聪 《传感器与微系统》 北大核心 2025年第8期50-53,58,共5页
通过对电弧放电法和氢氟酸(HF)腐蚀法两种制备锥形光纤布拉格光栅(TFBG)的工艺进行对比,证明HF腐蚀制备的TFBG带宽应变灵敏度更高。区别于以往对裸露TFBG反射谱带宽研究,采用353ND环氧树脂保护封装的方法,将HF腐蚀制备的TFBG和光纤布拉... 通过对电弧放电法和氢氟酸(HF)腐蚀法两种制备锥形光纤布拉格光栅(TFBG)的工艺进行对比,证明HF腐蚀制备的TFBG带宽应变灵敏度更高。区别于以往对裸露TFBG反射谱带宽研究,采用353ND环氧树脂保护封装的方法,将HF腐蚀制备的TFBG和光纤布拉格光栅(FBG)粘贴在等悬臂铝梁上,通过应变加载实验表明:TFBG与FBG应变灵敏度理论值仅相差0.7%;通过温度加载实验表明TFBG与FBG粘贴在铝基板上温度灵敏度理论值仅相差2.8%,应变灵敏度仅相差2.4%,TFBG带宽在25~100℃表现出对温度不敏感,证明了腐蚀后FBG与腐蚀前FBG中心波长应变灵敏度和温度灵敏没有发生改变,以及HF腐蚀制备的TFBG使用环氧树脂封装解决温度-应变交叉敏感在工程应用上的可行性。 展开更多
关键词 锥形光纤布拉格光栅 电弧放电法 化学腐蚀法 温度-应变交叉敏感
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基于圆环结构的灵敏度可调光纤光栅应变传感器 被引量：1
9
作者 张媛媛 李瑞亚 +2 位作者 黄俊 魏莉 谭跃刚 《光通信技术》 北大核心 2025年第2期1-6,共6页
为了满足不同场合的应变测量需求,提出了一种基于圆环结构的灵敏度系数可调光纤光栅(FBG)应变传感器。通过调节弹性基片上圆环的几何参数来实现灵敏度的灵活调控,同时利用温度补偿FBG消除环境温度变化对测量结果的干扰。建立了传感器的... 为了满足不同场合的应变测量需求,提出了一种基于圆环结构的灵敏度系数可调光纤光栅(FBG)应变传感器。通过调节弹性基片上圆环的几何参数来实现灵敏度的灵活调控,同时利用温度补偿FBG消除环境温度变化对测量结果的干扰。建立了传感器的理论模型,并研制出一种减敏型FBG应变传感器,通过有限元仿真和实验验证了该传感器的测量性能。实验结果表明:该传感器在±3000με量程范围内的灵敏度为0.49 pm/με,线性相关系数达到0.99以上;同时,其重复性误差为0.68%,迟滞误差为2.96%,显示出良好的稳定性和可靠性。 展开更多
关键词 光纤传感 光纤光栅 应变传感器 灵敏度 温度补偿
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基于双包层光纤布拉格光栅传感手指运动姿势识别
10
作者 张森 刘熠鑫 +6 位作者 张增亚 周健文 陆俊宇 曹珊珊 余柯涵 韦玮 郑加金 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第3期863-868,共6页
手指运动姿势识别在远程医疗、智能可穿戴设备以及人机交互等领域具有广泛的应用前景,但如何实现自然流畅的手指运动姿势识别仍存在不少挑战。提出了一种基于双包层光纤布拉格光栅(FBG)传感器阵列的手指运动姿势识别系统,通过在受测者... 手指运动姿势识别在远程医疗、智能可穿戴设备以及人机交互等领域具有广泛的应用前景,但如何实现自然流畅的手指运动姿势识别仍存在不少挑战。提出了一种基于双包层光纤布拉格光栅(FBG)传感器阵列的手指运动姿势识别系统,通过在受测者前臂不同位置布设6个不同中心波长的双包层FBG传感器,可在不影响手指自然流畅运动的前提下,实时监测手指运动引起的前臂不同肌肉组织的微小形变。在学习6种已知手势引起的双包层FBG中心波长漂移的基础上,实现了对未知简单手势近100%和复杂手势约87%的高准确率识别。与普通单模FBG传感器进行了对比实验,结果表明在相同的实验条件下,双包层FBG传感器对微小应变具有更高的灵敏度和对手指运动姿势更高的识别率。本工作开发的双包层FBG传感器阵列既可以高精度的识别不同手势,同时具有良好的稳定性,有望在手势识别领域中获得实际应用。 展开更多
关键词 双包层光纤 光纤布拉格光栅 传感器 手指运动姿势识别
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光纤布拉格光栅在火箭低温贮箱共底结构在线监测应用研究
11
作者 朱超杰 刘砚涛 +2 位作者 刘洋 营笑 孝春成 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第8期1-9,共9页
低温环境下的光纤布拉格光栅(FBG)热输出效应显著,同时表现出较强的非线性特征,给火箭低温贮箱共底结构的应变和温度测试带来困难。从基本传感原理出发,分析了裸光纤光栅和应变传感光栅的热输出来源,针对火箭低温贮箱地面力学试验提出... 低温环境下的光纤布拉格光栅(FBG)热输出效应显著,同时表现出较强的非线性特征,给火箭低温贮箱共底结构的应变和温度测试带来困难。从基本传感原理出发,分析了裸光纤光栅和应变传感光栅的热输出来源,针对火箭低温贮箱地面力学试验提出了光纤布拉格光栅热输出数据解耦方法,搭建了极低温环境下的光纤光栅热输出标定实验系统,获取了光纤光栅在液氦-常温温区范围内的热输出特性曲线,建立了粘贴在与贮箱共底相同材料上的应变传感光栅和裸光纤光栅的热输出响应关系。完成了光纤布拉格光栅在火箭低温贮箱共底结构的应变、温度在线监测应用,通过构建基于光纤布拉格光栅的共底结构应变和温度传感网络,获取了共底结构温度和应变实时数据。结果表明,所提研究可以有效实现光纤布拉格光栅在极低温环境下的热输出数据解耦,准确获取火箭低温贮箱共底结构的应变和温度分布,与低温电阻应变片的应变测试数据对比结果良好,数据相关性超过0.997。该方法实现了极端环境下的全光纤在线测试,具有较高的布置灵活性和传感器存活率,为光纤传感技术在结构低温测试场景的规模化应用提供了案例支撑,为实现光纤的工程化箭载测试奠定了基础。 展开更多
关键词 低温贮箱共底 光纤布拉格光栅 热输出特性 数据解耦
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光纤光栅传感器在固体发动机药柱内部应变监测中的应用
12
作者 张焘 李海阳 +3 位作者 申志彬 吴国夫 卞云龙 王立民 《国防科技大学学报》 北大核心 2025年第1期59-66,共8页
针对固体发动机药柱结构内部应变响应测量难题,提出了一种基于光纤光栅传感器的内埋式应变测量方法。设计了内埋光纤光栅应变传感器的试验器并对其开展了冷增压试验,获得了试验器药柱内部环向应变与轴向应变值。试验结果表明,提出的测... 针对固体发动机药柱结构内部应变响应测量难题,提出了一种基于光纤光栅传感器的内埋式应变测量方法。设计了内埋光纤光栅应变传感器的试验器并对其开展了冷增压试验,获得了试验器药柱内部环向应变与轴向应变值。试验结果表明,提出的测试方法可以获取药柱内部的环向和轴向应变。研究成果可为光纤光栅传感器在固体发动机药柱结构测量中的进一步应用奠定基础,为固体发动机监测技术的发展与应用提供参考。 展开更多
关键词 固体火箭发动机 固体推进剂 光纤光栅传感器 应变测量 结构健康监测
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基于光纤光栅传感器的支撑结构热力解耦测试
13
作者 邵一诺 孙自强 +3 位作者 王朕 芦吉云 何子凡 罗滢 《压电与声光》 北大核心 2025年第2期391-397,共7页
针对支撑结构在载荷作用下产生轴力变化而影响结构安全性的现象,提出了应用光纤布喇格光栅传感器进行支撑结构状态监测方法。通过载荷设计、传感器安装、多路传感器监测、应变数据处理及热力解耦与修正,实现了结构应变状态与轴力的实时... 针对支撑结构在载荷作用下产生轴力变化而影响结构安全性的现象,提出了应用光纤布喇格光栅传感器进行支撑结构状态监测方法。通过载荷设计、传感器安装、多路传感器监测、应变数据处理及热力解耦与修正,实现了结构应变状态与轴力的实时监测。试验结果说明,当温度变化超过10℃时,测量应变与载荷变化吻合较好。轴力计算结果与人工测量方法的误差低于8%,验证了应变修正方法的正确性。该方法可满足气温动态变化环境下支撑结构轴力监测的需求,为土木领域相关研究提供了重要的试验参考。 展开更多
关键词 光纤光栅传感器 热力耦合 轴力监测 温度 应变
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灵敏度可调的基片式光纤光栅应变传感器
14
作者 梁俊喜 常莹 +4 位作者 李元浩 陶雍正 刘佳 贾平岗 安国文 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第7期312-321,共10页
针对应变测试工况对传感器灵敏度和负量程实时可调的需求,提出了一种基于可调应变片式的光纤光栅(FBG)应变传感器,并对该传感器的灵敏度调节和温度补偿原理进行了理论推导,同时该传感器通过实时改变封装基底结构,可实现负应变量程调节... 针对应变测试工况对传感器灵敏度和负量程实时可调的需求,提出了一种基于可调应变片式的光纤光栅(FBG)应变传感器,并对该传感器的灵敏度调节和温度补偿原理进行了理论推导,同时该传感器通过实时改变封装基底结构,可实现负应变量程调节。实验结果表明,当传感器安装长度L与FBG的粘接长度L_(FBG)相同时,传感器灵敏度为0.594 pm/με,重复性误差为0.75%,迟滞误差为1.377%,通过改变L/L_(FBG)的比值可实现灵敏度从0.350~1.283 pm/με范围内调节,调节后实验灵敏度与理论灵敏度误差值小于4%。通过调节滑片实现了在不同灵敏度下的负量程调节。经温度补偿校正后,监测应变与实际应变的误差不超过3.1%。该研究为实际复杂工况下不同的应变测试需求提供了技术指导。 展开更多
关键词 光纤传感 光纤光栅 应变传感器 可调灵敏度 可调负量程
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基于ISSA-KELM的光纤光栅加速度传感器温度补偿研究
15
作者 姚言雨 熊鸣 +1 位作者 王丽婕 高超飞 《仪表技术与传感器》 北大核心 2025年第4期15-20,24,共7页
针对光纤光栅加速度传感器测量时会同时受到温度和加速度影响的问题,提出了基于改进麻雀搜索算法(ISSA)优化KELM神经网络的温度补偿模型。首先,在麻雀搜索算法(SSA)的位置更新中引入改进的自适应收敛因子与沙猫群优化策略、可变螺旋搜... 针对光纤光栅加速度传感器测量时会同时受到温度和加速度影响的问题,提出了基于改进麻雀搜索算法(ISSA)优化KELM神经网络的温度补偿模型。首先,在麻雀搜索算法(SSA)的位置更新中引入改进的自适应收敛因子与沙猫群优化策略、可变螺旋搜索策略、扰动算子和莱维飞行策略。其次,将ISSA与SSA、鲸鱼优化算法(WOA)等5种优化算法进行基准测试函数对比。最后,利用ISSA优化KELM神经网络的正则化系数和高斯核参数,进行温度补偿实验。仿真实验与温度补偿实验结果表明:ISSA的稳定性和寻优精度最佳,ISSA-KELM可以最准确地预测温度和加速度并降低温度加速度交叉敏感引起的误差,验证了模型的有效性。 展开更多
关键词 麻雀搜索算法 KELM神经网络 光纤光栅加速度传感器 温度补偿
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聚苯胺包覆的倾斜光纤光栅氨气传感器
16
作者 王思博 张扬 +3 位作者 徐海宁 阳甚祺 武小青 胡玉霞 《仪表技术与传感器》 北大核心 2025年第2期6-10,33,共6页
氨气是广泛应用于工业的气体,为防止其危害,研究以聚苯胺为敏感材料,充分利用其在不同pH值环境下电导率显著动态调谐的特性,并结合倾斜光纤光栅技术,成功制备了一种高灵敏度的氨气传感器。在氨气体积分数为25~500 ppm的环境中测试,传感... 氨气是广泛应用于工业的气体,为防止其危害,研究以聚苯胺为敏感材料,充分利用其在不同pH值环境下电导率显著动态调谐的特性,并结合倾斜光纤光栅技术,成功制备了一种高灵敏度的氨气传感器。在氨气体积分数为25~500 ppm的环境中测试,传感器的透射光谱共振峰强度值呈现出连续的响应变化。在聚苯胺薄膜厚度为156 nm的条件下,传感器的响应与氨气浓度成线性关系,表现出良好的线性度(R^(2)=0.987 6)和高灵敏度(5.2×10^(-3) dB/ppm)。此外,传感器能在特定体积分数下表现出快速响应和稳定性,适用于长时间监测封闭环境中的氨气浓度。 展开更多
关键词 光纤光栅传感器 倾斜光纤光栅 聚苯胺 PH值 氨气传感器
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推挽式高灵敏光纤光栅水压传感器研究
17
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 推挽式 压力响应特性 温度不敏感性
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埋入式光纤布拉格光栅传感器封装结构对测量应变的影响 被引量：34
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作者 吴入军 郑百林 +1 位作者 贺鹏飞 谭跃刚 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期24-30,共7页
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... 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。 展开更多
关键词 光纤布拉格光栅 光纤传感器 应变测量 应变传递 剪应力
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基于光纤布拉格光栅的化学传感器 被引量：20
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作者 桑新柱 余重秀 +3 位作者 颜玢玢 T.Mayteevarunyoo 吕乃光 张琦 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第5期771-774,共4页
除掉光纤布拉格光栅的包层,可以使它的布拉格波长对外界环境的折射率变化敏感。采用氢氟酸腐蚀掉光纤布拉格光栅的包层,获得了直径约为6μm的布拉格光栅。实验研究了布拉格波长对化学溶液的浓度敏感性特征,结果表明:采用10 pm分辨率的... 除掉光纤布拉格光栅的包层,可以使它的布拉格波长对外界环境的折射率变化敏感。采用氢氟酸腐蚀掉光纤布拉格光栅的包层,获得了直径约为6μm的布拉格光栅。实验研究了布拉格波长对化学溶液的浓度敏感性特征,结果表明:采用10 pm分辨率的光谱仪,丙二醇溶液在低浓度时的浓度分辨率为0.7%,在高浓度时的分辨率为0.32%;糖溶液在低浓度时的分辨率为0.55%,高浓度时为0.1%。采用商用的分辨率为1 pm的高精度波长解调系统,它们的分辨率可以提高一个数量级。 展开更多
关键词 光纤布拉格光栅 化学传感器 生物传感器 折射率
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用于船舶结构监测的大量程光纤布拉格光栅应变传感器 被引量：22
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作者 吴晶 吴晗平 +1 位作者 黄俊斌 顾宏灿 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第2期311-317,共7页
平板结构的贴片式光纤光栅传感器应变测量范围较小,难以满足船舶结构健康监测中的应变测量要求。本文采用不锈钢材质,设计了一种采用环形平面弹簧和平板复合结构的贴片式传感器,通过环形平面弹簧结构将复合结构的大应变转化为光栅的小应... 平板结构的贴片式光纤光栅传感器应变测量范围较小,难以满足船舶结构健康监测中的应变测量要求。本文采用不锈钢材质,设计了一种采用环形平面弹簧和平板复合结构的贴片式传感器,通过环形平面弹簧结构将复合结构的大应变转化为光栅的小应变,降低被测物体与光栅之间的应变耦合系数,实现了大应变测量。理论分析了复合结构的传感原理,通过有限元方法仿真了该结构的应力分布,结果证明了该结构能够实现大应变测量。将传感器胶粘在特种钢试件上进行了载荷试验,试验结果表明:该复合结构传感器的量程大于20 000με,且线性度较好,相关系数大于0.99。另外,设计的传感器体积较小,便于安装,能较好地解决船舶结构健康监测中的大应变测量问题。 展开更多
关键词 光纤传感器 光纤布拉格光栅 应变传感器 健康监测 船舶结构 复合结构 有限元法
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