第37卷，增刊紅外與激光工程2008年4月 vol.37supplementinfraredandlaserengineeringapr.2008 收稿日期：2008-03-20 基金項目：國家自然科學基金（50775180），西安理工大學特色研究計劃（102-210614） 作者簡介：魏穎(1981-)，女，河北蠡縣人，碩士，主要研究方向為光電測量技術。email:weiying0312@126.com 導師簡介：焦明星(1962-)，男，陜西高陵人，博士，教授，博士生導師、主要研究方向為激光傳感與測量技術方面。email:jiaomx@xaut.edu.cn 保偏光纖bragg光柵傳感特性的實驗研究 魏穎，焦明星

　第25卷第3期　　　　　　　　　　　　　　應　用　激　光　　　　　　　　　　　　　　　vol.25,no.3 　2005年6月　　　　　　　　　　　　　　　　appliedlaser　　　　　　　　　　　　　　　june2005 f-p光纖傳感器及光纖bragg光柵傳感器 應用于光纖智能夾層的研究 3 蘆吉云　梁大開　李東升　潘曉文 (南京航空航天大學航空科技智能材料與結構重點實驗室,　南京210016) 　　提要　本文對嵌入f-p光纖傳感器和bragg光柵光纖傳感器的光纖智能夾層進行了研究,實現(xiàn)了對應變的測量。通過 對光纖智能夾層的理論分析和試驗研究,分析了應變對傳感系數(shù)的影響,研究了f-p光纖傳感器檢測的應變與所受的載荷 及bragg光柵傳感器波長變化量與應變之間的關系。

光纖Bragg光柵傳感原理及增敏技術

光纖光柵傳感器光纖光柵傳感器

提出了一種基于光纖bragg光柵的溫度傳感器,闡述了光纖bragg光柵的溫度傳感機理,用2個相同的光纖bragg光柵構成折疊式mach-zehnder(m-z)干涉儀,其中一個光柵作為參考臂,另一個作為傳感臂:采用外差探測技術來測量外界的溫度物理量。當溫度發(fā)生變化,bragg光柵的波長也隨之改變。外差探測用來探測傳感臂和參考臂由于溫度變化引起的輸出信號的頻率差異。對其動態(tài)測量范圍和靈敏度也進行了分析。

為了克服傳統(tǒng)電測法在鉆井井壁監(jiān)測中的缺陷,根據(jù)鉆井井壁施工工藝和地質條件等,提出了井壁節(jié)數(shù)及傳感器布設方案,并采用光纖bragg光柵傳感器(fbg)對唐山溫家莊鐵礦鉆井井壁下沉過程進行實時監(jiān)測,監(jiān)測內容為井壁外壁所受壓力、混凝土應變以及鋼筋應力,并對監(jiān)測數(shù)據(jù)處理分析,分析結果表明:fbg對鉆井井壁的監(jiān)測數(shù)據(jù)可達理論值的95%～98%,監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠及時、準確地反映鉆井井壁受力變化情況,保證了監(jiān)測的可靠性、穩(wěn)定性與重復性。

押概述了光纖bragg光柵傳感器(fbg)的組成、原理、類型及特點,介紹了目前光纖bragg光柵傳感器在水電工程中的研究以及國內應用實例。分析了現(xiàn)有應用的不足之處,指出了光纖bragg光柵傳感器在大壩安全監(jiān)測中的應用及前景。

研究了光纖bragg光柵封裝工藝,提出并實現(xiàn)了兩種封裝光纖bragg光柵傳感器:工字型鋼管封裝光纖bragg光柵應變傳感器及鋼管封裝光纖bragg溫度傳感器。研究了傳感器的埋設工藝,采用金屬絲固定法、鋼管抽出法兩種方法進行了埋設。將它們埋入到鋼筋混凝土梁中,實現(xiàn)對混凝土的拉、壓應變及溫度的測量。結果顯示,在試驗梁彈性階段,可以較為準確的監(jiān)測混凝土應變。

針對錨桿檢測問題,提出了采用光纖bragg光柵傳感技術進行錨桿監(jiān)測的新方案,詳細介紹了光纖bragg光柵錨桿監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理及主要構成,進行了工程現(xiàn)場與常規(guī)技術的對比實驗.結果表明:光纖bragg光柵傳感器具有精度高、能測量絕對數(shù)值、抗干擾能力強、結構簡單和長期穩(wěn)定性好的優(yōu)點,可以實現(xiàn)實時在線監(jiān)測,具有極大的應用和發(fā)展前景.

在介紹光纖bragg光柵(fbg)傳感原理的基礎上,闡述了fbg在水布埡工程錨桿上的應用,包括傳感器的布設、安裝工藝、張拉測試等。分析了光纖光柵傳感器在錨桿、錨索等工程上的應用前景。

在介紹光纖bragg光柵(fbg)傳感原理的基礎上,闡述了fbg在系桿拱橋索力長期監(jiān)測工程上的應用,包括傳感器的布設、安裝工藝、索力測試等。經分析光纖光柵傳感器在橋梁監(jiān)測工程上具有極大的應用前景。

密度可以解釋熔融金屬的性質和行為,密度的變化特征反映了熔融金屬內部原子距離和配位數(shù)等的基本變化。研制了一種測量熔融金屬密度的浮子式光纖bragg光柵傳感器,浸沒在熔融金屬中的浮子受浮力作用,通過傳遞桿、等臂杠桿及連桿,拉動等強度懸臂梁產生擾度變化,根據(jù)檢測粘貼在等強度懸臂梁表面的光纖bragg光柵中心波長移位值,測出浮力值,進而檢測熔融金屬密度。該傳感器的理論靈敏度為0.115pm/(kg/m3),4次實驗得到熔融金屬的平均密度為7.574×103kg/m3,略小于理論密度7.621×103kg/m3,相對誤差為0.62,均方根誤差為117.371kg/m3。

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論述了采用布拉格光柵對應變進行傳感的理論和方法,得出了布拉格中心波長與應變之間的理論關系式,并實際監(jiān)測了寧波市招寶山大橋在車輛載荷下的應變.監(jiān)測結果表明:光纖bragg光柵可以方便地監(jiān)測大橋的疲勞損傷,為橋梁結構的健康診斷提供了相應的依據(jù).

光纖光柵傳感器除具有一般普通光纖傳感器體積小、靈敏度高、帶寬寬、抗電磁干擾能力強和耐腐蝕外,還具有易集成、本征自相干性好、波長編碼、可實現(xiàn)實時測量和分布式測量等獨特優(yōu)點,近年已成為新型傳感及國際智能結構領域中的研究熱點.文章介紹了光纖bragg光柵傳感器的基本原理,綜述了其在國外船舶結構中的應用,分析了光纖bragg光柵傳感器在信息化智能艦船中能起到的作用和在智能船舶結構中應用的關鍵技術.

利用復合材料封裝光纖bragg光柵(fbg)設計制作了用于測量高速碰撞或爆炸與沖擊作用下混凝土內部動態(tài)應變的fbg應變傳感器。在霍普金森壓桿上對fbg在封裝前的裸光柵和封裝后的fbg傳感器分別進行了高速沖擊試驗,試驗表明:設計的fbg傳感器的瞬態(tài)響應上升時間小于20μs,具有良好的動態(tài)響應特性,可以用于工程中混凝土結構內高速沖擊下的動態(tài)應變測試。

設計了一種對外加應力應變不敏感的光纖光柵溫度傳感器,通過雙層結構消除外加應力應變對bragg波長的偏移值影響。建立了光纖光柵溫度傳感器模型中溫度變化量與bragg波長的偏移值的對應關系。采用水浴法進行測溫實驗,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得到光纖bragg光柵溫度傳感器的各項靜態(tài)性能指標。

研制了一種雙套管式光纖bragg光柵溫度傳感器,以實現(xiàn)無外力作用的溫度測量。其中外套管隔離外加應力應變,在內套管內松弛地放置光柵以隔離封裝結構的表觀熱應變。引入引出尾纖穿過帶孔螺栓,以探測多個串聯(lián)光柵。為了避免光柵處于張拉狀態(tài),封裝在外套管1、外套管2和內套管中的光纖余長應分別大于1.4mm,1.8mm和0.4mm。試驗結果表明,該光柵傳感器的溫度響應靈敏度為9.671×10-3nm/℃,溫度測量分辨率為0.1℃。當水溫從20℃躍變到70℃時,該傳感器的溫度響應時間分別為t0.5=15±2s和t0.9=52±4s。當水溫從70℃躍變到20℃時,該傳感器的溫度響應時間分別為t0.5=26±9s和t0.9=63±8s。

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通過對三種光纖bragg光柵傳感器的實驗研究，得出實驗數(shù)據(jù)并進行分析，表明光纖光柵傳感器用于油庫狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測是可行的。該文介紹了分布式監(jiān)測技術領域的一種新型技術——光纖bragg光柵監(jiān)測網絡技術，指出了其相對傳統(tǒng)技術所具有的獨特優(yōu)越性。最后，提出了一種基于光纖bragg光柵傳感技術的油庫監(jiān)測網絡。

本文概述了光纖bragg光柵傳感器(fbg)的組成、原理、類型及特點,介紹了目前光纖bragg光柵傳感器在國外橋梁工程中的研究及應用情況以及國內應用實例,并分析了現(xiàn)有應用的不足之處,指出了光纖bragg光柵傳感器在橋梁結構健康監(jiān)測應用中的發(fā)展方向。

油氣井溫度數(shù)據(jù)在地質資料解釋和油氣井監(jiān)測方面作用明顯。但傳統(tǒng)的井溫測量儀器在井溫測量時存在靈敏度不夠高、不能在極限環(huán)境使用等缺點。光纖bragg光柵溫度傳感器作為新一代溫度測量技術的代表,具有體積小、質量輕、抗輻射等傳統(tǒng)測量儀器無法比擬的優(yōu)勢,本文對其傳感原理、傳感器結構、應用等方面做了闡述。