光纤布拉格光栅和压电转换器的电功率传感器英文

提出了一种基于fpga与dsp平台的光纤布拉格光栅传感分析仪,将外界参量的变化转化为光纤布拉格光栅波长的偏移,通过数据采集、过滤杂波、信号波峰检测、高斯曲线拟合以及加权波长计算等关键步骤来实现波长解调技术,进而完成温度、应变、压力或位移等对象的在线测量,并且可以实现光纤线路故障分析与定位的功能。实验结果表明:该系统功耗低、线性度好、波长解调精度与分辨率较高。经过长期测试,系统软硬件运行稳定可靠。

介绍了光纤布拉格光栅传感器测温的基本原理以及一些布拉格光纤的封装方法,在此基础之上探讨了一种新型的布拉格光纤光栅的封装方法即用钢条对布拉格光纤光栅进行封装,并通过实验对祼光栅和封装后光栅的温度特性进行了研究.实验采用了恒温水浴装置,在25℃至70℃温度范围使用了中心波长为1530.5nm的光纤布拉格光栅进行测量.先进行了祼光栅的测量,在光栅封装之后又进行了测量.实验结果表明,光纤光栅在封装之后温度灵敏度为裸光栅的2.5倍.其线性拟合度达到0.996.

根据弹性力学和边界条件,得出了光纤布拉格光栅(fbg)传感器应变测量值与基体材料实际应变的关系方程。通过裸光栅直埋基体材料界面传递的特征系数,可表征和计算fbg检测应变与测点实际应变的误差及修正系数。并对固化于cfrp的fbg变传感特性进行了实验研究。结果表明:fbgbragg波长对应变表现出很好的线性和重复性。用电阻应变仪对fbg传感器应变传感特性进行实验对比标定,得出了表征fbg性能的应变传感灵敏系数。fbg传感器具有优异的应变传感特性,为先进智能复合材料的研发与应用提供了依据。

设计了一种基于双光纤布拉格光栅的新型流速传感器,它包括双光纤光栅压强传感机构和文丘里管。导出了双光纤布拉格光栅的波长漂移差与流速的关系。压强传感机构中的密闭铝箔管横截面两边的压力差导致等腰三角形悬臂梁变形,从而导致安装在悬臂梁两边的光纤布拉格光栅的布拉格波长漂移。通过检测两个布拉格光栅的波长漂移差,得到被测流体的流速。双光纤布拉格光栅通过补偿温度效应,解决了光纤布拉格光栅传感器的交叉敏感问题。该流速传感器的动态测量范围为8～200mm/s。实验表明,双光纤布拉格光栅的中心波长随流速的增加分别向长波和短波方向漂移,而带宽几乎不变,实验和理论符合得较好,该设计方案是切实可行的。

基于光纤布拉格光栅传感器的基本原理,对在土木工程中的应用作了详细的阐述;为进一步了解其性能,对布拉格光栅应变传感器进行了抗电磁干扰、抗零飘、重复性等性能进行测试,并与传统的电阻应变片做了对比,显示了令人满意的效果,为工程健康监测应用指出了广阔的前景。

对采用光纤布拉格光栅(fbg)传感器网络监测某飞机机翼盒段外加载荷位置信息进行了研究。研究了fbg传感器网络中传感器失效对外加载荷位置识别精度的影响程度;针对传统fbg传感器网络拓扑结构可靠性低的缺点,引入光开关,设计了一种具有更高可靠性的传感器网络拓扑结构,并对这两种网络结构的可靠性进行了研究。结果表明,新传感器网络的可靠性明显高于传统传感器网络的可靠性。单个传感器的失效概率不同,两种传感器网络可靠性差别也不同;当单个元器件的失效概率在0.001~0.01之间变动时,若系统允许外加载荷位置识别误差在5mm内,则新传感器网络的失效率降为传统网络失效率的50%;若系统允许外加载荷位置识别误差在10mm内,则新传感器网络的失效率至少降低为传统网络失效率的12.5%。

在对光纤布拉格光栅应变传感原理分析的基础上,提出了一种易实用化的,能够实现武器弹丸炮口初速测试的方法,介绍了系统的基本组成,对光栅布拉格传感器弹丸炮口速度测试原理和方法进行了分析.和传统的测试方法比较,该测试方法能够实时连续测量火炮发射时每发弹丸的炮口初速,可以用于弹药可编程引信的实时装定,提高空爆弹药的杀伤力,也可以用于对火炮身管寿命的分析.

为了实现光纤布拉格光栅(fbg)加速度信号的准确测量,提出了一种新颖的双悬梁fbg加速度传感器。设计了传感器的结构及封装方法,理论分析了传感器的工作原理。实验研究了传感器的线性响应、温度响应、共振频率和方向抗干扰特性,结果表明,传感器的加速度响应灵敏度为7.81pm/m/s2,相对误差为2.62%,加速度与波长具有较好的线性关系,线性度为99.8%;在67.5～27.5℃内进行了温度补偿实验,能有效消除温度的影响;传感器具有较好的平坦区和较强的抗干扰能力。

光纤传感器作为一种线性的测试仪器,应用于岩土工程领域时,较传统传感器有更多的优越性和更加广泛的应用前景。介绍了光纤bragg传感器的工作原理及应用,并通过混凝土试件的加载试验,对fbg应变传感器和电阻应变计量测混凝土的应变测量进行了比较。提出准分布式光纤光栅传感器在现场应用及实验室中将得到更加广泛的应用。

基于光纤布拉格光栅传感模型,提出了一种悬臂梁与波登管相结合的光纤光栅压强传感器的组合设计,推导了光纤布拉格光栅中心波长偏移量与压强之间的解析关系式。理论和实验结果表明,压强调谐光纤布拉格波长的灵敏度系数的理论值与实验值分别为0.2246nm/mpa、0.2218nm/mpa,在0~6mpa测压范围内,调谐范围为1.35nm.

目前,把光能直接变为电能主要是利用光伏器件。这种器件又有多种形式,其理论效率20%左右,而实际效率仅约10%。各种植物的绿叶或藻类细胞含有某种结构,能把光子能转换为包含碳、氢、氧和少量其他元素(如镁)的化学能。这种过程就是光合作用,这也是光化转换的一种方式。其他一些利用光电化学能直接产生电能的方法,其效率为6%到7%,理论效率也只有20%。美国的alvinm.marks发明了一种和普通光电池根本不同的光电功率转换器。它利用微型偶极天线阵和微型整流器,将光子能直接变为直流电能,可将转换效率提高到75%。

光纤光栅传感器光纤光栅传感器

提出了基于可调激光器和声光脉冲调制的光纤布拉格光栅(fbg)传感系统,同时利用掺铒光纤放大器(edfa)和拉曼放大相结合的放大方案大幅度提高了光纤布拉格光栅传感系统的传输距离,达到了300km的超长距离传感。该系统通过前端的edfa和末端的拉曼泵浦光源来补偿光纤布拉格光栅反射的光功率。系统在低于275km长度时获得了大于15db的优良信噪比;在300km处获得了4db的信噪比,以及明显的反射信号。系统在100,200,250,300km处的静态应变实验中,线性度均达到了0.999以上。系统可望在铁道、输油(气)管道、海岸线等的超长距离遥测中得到广泛应用。

本文从理论上研究和分析了一种基于otdr和tdm技术的新型光纤布拉格光栅复用方法的复用能力。这种方法可以在同一根光纤上复用成百个全同的低反射率布拉格光栅,从而使布拉格光栅传感器在航空航天健康监测领域得到更广泛的应用。分析表明,当布拉格光栅的反射率足够低时,系统的复用能力可以大大提高。因此,基于这种复用方法,可以实现廉价的大规模分布传感系统。在评价这种系统的复用能力时,我们第一次提出应该考虑光栅间多次反射光的干涉效应的影响。

根据耦合模理论,数值模拟了多模光纤布拉格光栅的倾斜角度对纤芯基模向纤芯高阶模式的转换问题.反射光谱的数值计算中,假定只有lp01模式激发情况下lp01模式与lp11模式的转换。

阐述了光纤布拉格光栅的几种解调方法及实验原理框图,并介绍了各种解调方法的优缺点。

根据光纤布喇格光栅的光学传感原理,提出了一种基于悬臂梁及金属弹性膜片的光纤布喇格光栅沉降传感器结构,对其传感特性进行了实验研究.实验通过产生水的液位差来模拟地基沉降,分析结果显示,光纤布喇格光栅中心反射波长漂移对液位差呈现良好的线性关系,线性度高于0.999,灵敏度可达-2.11pm/mm.通过改变悬臂梁厚度和有效长度,可以对传感器测量范围和灵敏度进行调整,以满足各种应用场合.综合实验结果,该传感器在桥梁、铁路地基等沉降监测方面具有重要意义.

提出了一种基于级联长周期光纤光栅的光纤布拉格光栅解调系统。级联长周期光纤光栅作为边沿滤波器,利用它的一个线性区监测单个光纤布拉格光栅传感信号。该系统具有结构简单、价格低等优点,但易受光源抖动及系统其他不稳定因素等带来的系统噪声的影响。为消除系统噪声带来的不利影响,对该系统进行了改进。改进系统利用级联长周期光纤光栅的两个线性区同时监测两个光纤布拉格光栅传感信号。分别用原系统及其改进系统对温度进行监测,实验的温度测量范围为-70～-115°c。原系统的灵敏度为0.49mv/°c,温度分辨率为0.5°c;改进系统的灵敏度为0.86mv/°c,温度分辨率为0.3°c。实验结果表明改进系统能有效消除系统噪声,提高系统的精度。

光纤光栅传感器的应用 一、光纤光栅传感器的优势 与传统的传感器相比,光纤bragg光栅传感器具有自己独特的优点: (1)传感头结构简单、体积小、重量轻、外形可变,适合埋入大型结构中, 可测量结构内部的应力、应变及结构损伤等,稳定性、重复性好; (2)与光纤之间存在天然的兼容性,易与光纤连接、低损耗、光谱特性 好、可靠性高; (3)具有非传导性,对被测介质影响小,又具有抗腐蚀、抗电磁干扰的特 点,适合在恶劣环境中工作; (4)轻巧柔软,可以在一根光纤中写入多个光栅,构成传感阵列,与波分 复用和时分复用系统相结合,实现分布式传感; (5)测量信息是波长编码的,所以,光纤光栅传感器不受光源的光强波 动、光纤连接及耦合损耗、以及光波偏振态的变化等因素的影响,有较强的抗 干扰能力; (6)高灵敏度、高分

基于压电陶瓷的光纤光栅传感器的设计。主要方法是利用改变压电陶瓷的相关封装的新结构,再结合光纤光栅而制成的电压传感器。由实验结果得出:在0～160v的电压范围内,中心波长的变化与该传感器两端的电压的改变有很好的线性关系,线性拟合度可达0.99,线性调谐的波长范围约为1.6nm。

传感器总长810mm,直径为2.5mm,4根光纤布喇格光栅(fiberbragggrating,fbg)互成90°分布在用记忆合金丝(shapmemoryalloy,sma)做基材的表面.通过在波分复用的基础上添加光时分复用来改进传感网络布置,提高测量精度;同时,设计了一套封装装置来确保封装时fbg与基材之间的准确定位以及黏结剂能够均匀的涂覆在基材和fbg表面,提高传感器的封装精度.实验结果表明,该fbg形状传感器的测量精度为3.1％.

光纤布拉格光栅(fbg)传感器是智能金属结构首选的信息传输与传感的载体,埋入金属材料内部的fbg传感器必须要经过适当保护,金属镀层是最有效的保护方法之一。fbg经过镀前预处理,通过化学镀方法可获得均匀的金属保护镀层。针对金属保护镀层,应用弹性力学基本原理分析了由于镀层与fbg传感器的热膨胀系数不同而产生的热应力,建立了镀层厚度对fbg温度传感性能影响的数学模型。镀镍fbg的升温和降温传感实验表明,升温时的实际温度灵敏度系数与模型值之间误差为6.22%,降温时的实际温度灵敏度系数与模型值之间误差为6.75%。与裸fbg相比,化学镀镍后的fbg温度灵敏度系数提高1倍多。结果表明该温度模型从理论上解释了镀层金属热应力对fbg起到的温度增敏作用。