苏州热工研究院有限公司, 江苏 苏州 215004
针对光纤光栅应变计无法同时准确测量结构表面多个方向应变的问题, 该文设计了一种基于光纤布喇格光栅(FBG)的三向应变计。三向应变计采用圆环状基底结构, 并在基底上封装了3根互成角度的FBG, 适用于结构表面3个方向应变的同步测量。对封装后的应变计进行性能测试, 并进行了同电阻应变片的对比实验。结果表明, 应变计具有良好的线性, 最大迟滞误差为6.1%, 应变灵敏度在0°和90°方向分别提高约2.3倍和1.4倍。随着载荷的增加, 应变计的测量误差逐渐减小, 载荷大于1.5 kg后测量误差控制在±5%。
光纤布喇格光栅 三向应变计 应变测量 等强度梁 fiber Bragg grating(FBG) three-way strain gauge strain measurement equal strength beam
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
1 重庆电子工程职业学院机械工程系, 重庆 401331
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
根据放大器下装光机模块的接口尺寸分析了应用于特定环境下的升降平台的结构设计要求,采用等强度悬臂梁理论构建了升降平台的力学计算模型,推导了变截面平台结构的刚度公式并以此计算了升降平台的主要结构参数。运用ANSYS软件构建了升降平台的三维模型并开展了结构力学分析,分析结果验证了理论设计参数的合理性。在提高安全系数的前提下运用ANSYS软件重构了平台三维模型并进行了平台刚度冗余情况分析。以平台质量最轻为主要目标,采用ANSYS软件的全域寻优工具对升降平台的结构参数进行了优化,并将优化结果应用于某系统的垂直举升机构样件制作。
激光器 放大器 光机模块 升降平台 等强度梁 下装 设计优化 激光与光电子学进展
2018, 55(5): 051408
1 重庆交通大学 内河航道整治技术交通行业重点实验室,重庆 400074
2 重庆交通大学 西南水运工程科学研究所,重庆 400016
光纤光栅应变传感器在应力疲劳作用下不可避免地出现性能衰退, 为了评估其极限传感寿命, 从光纤光栅传感原理出发, 理论推导了应力疲劳作用引起的满度相对误差表达式, 以工业仪表精确度等级作为传感器的极限状态阈值, 提出了基于等强度梁的极限传感寿命测试方法.利用该方法评估了高桩码头结构健康监测应用环境中光纤光栅应变传感器的极限传感寿命, 以满度相对误差变化4%作为极限失效阈值, 对4支传感器进行了1.32亿应力疲劳实验.当疲劳至1.32亿次时, 2支传感器达到极限传感寿命, 1支传感器接近极限传感寿命, 即极限传感寿命约为1.32亿次.实验结果表明, 提出的方法能有效地测试不同结构健康监测需求下, 光纤光栅应变传感器的应力疲劳极限传感寿命.
光纤光学 极限传感寿命 应力疲劳 光纤光栅 满度相对误差 等强度梁 Fiber optics Ultimate sensing life Stress fatigue Fiber Bragg grating Full scale relative error Equal strength beam
1 武汉科技大学 机械自动化学院, 湖北 武汉 430081
2 武汉理工光科股份有限公司, 湖北 武汉 430223
3 天津工业大学 电子与信息工程学院天津市光电检测技术与系统重点实验室, 天津 300387
为克服现有光纤光栅位移传感器设计中存在的传力介质弹性系数易改变、滑块易产生偏移等对测量精度的不利影响, 提出了一种滑动式位移传感器。楔形滑块的滑动面和限制面的采样互相垂直、等强度梁的变截面和一体化、滑动面圆弧化等特殊设计, 使传感器具有抗滑动干扰性、梁挠位移测量的高灵敏性、长期往复测量的耐磨性等优点。阐述了传感器测量原理, 加工制造了传感器原型, 并开展了全面的性能测试。测试结果和误差分析表明: 传感器在0~100 mm 的量程中, 灵敏度为20.11 pm/mm, 精度达到0.099 5% F.S, 具备良好的微位移测量能力; 重复性误差和迟滞误差分别仅为0.705%和0.403%, 且抗蠕变性能良好, 可满足机械装备、土木工程等重大设施的结构健康监测对位移、变形测量的精度和长期稳定性要求。
光纤传感器 光纤Bragg光栅(FBG) 位移传感器 悬臂梁 等强度梁 optical fiber sensor fiber Bragg grating (FBG) displacement sensor cantilever equal-strength beam
重庆大学 光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400044
光纤布喇格光栅器件应力疲劳特性严重影响着光纤光栅应变传感器的长期可靠性，为了评估光纤光栅器件的应力疲劳特性，分析了光纤光栅应变传感器的封装结构对疲劳评价的影响，并以表面直接粘接的简化模型评估了光纤光栅器件的应力疲劳特性.从简化模型的基本力学与光学特性出发，提出以光谱特性的边模抑制比和带宽作为评价光纤光栅器件疲劳的指标体系，以传感特性的灵敏度、线性度和应变传递效率作为评价粘接层疲劳的指标体系.设计了基于等强度梁的光纤光栅器件加速疲劳实验，疲劳的应力幅度为500微应变，频率为18赫兹；1000万次疲劳实验后，三支光纤光栅的带宽平均增加2.07%，平均应变传递效率和平均灵敏度分别下降4.5%和3.9%，实验结果说明提出的指标体系能有效地区分粘接层和光纤光栅的疲劳，从而验证了该评价理论的可行性.
光纤布喇格光栅器件 评价指标 可靠性 应力疲劳 光谱特性 传感特性 等强度梁 Fiber Bragg Grating(FBG) Evaluation index Reliability Tensile fatigue Reflection spectrum Sensing characteristics Equal strength beam
1 重庆大学 光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400044
2 电子科技大学 通信与信息工程学院 宽带光纤传输及通信网络技术教育部重点实验室, 成都 610054
基于高频CO2激光在普通单模光纤上制作的长周期光纤光栅的应变和弯曲特性, 本文设计制作了一种新型的加速度传感器.基于等强度梁理论分析了梁振动与长周期光纤光栅输出光强之间的关系, 最后推导出了系统的加速度理论模型.文中搭建了长周期光纤光栅加速度计的实验测量系统.实验结果表明系统的加速度灵敏度约为2.82 v/g, 准确度约为8.96×10－4 g, 加速度测量误差约为0.82%.基于这种长周期光纤光栅的加速度计具有成本低、灵敏度较高等优点, 因此在振动测量、惯性导航等方面将具有较好的潜在应用价值.
光纤传感 加速度计 长周期光纤光栅 等强度梁 Optical fiber sensing Accelerometer Long period fiber grating Uniform strength beam
将光纤布拉格光栅斜向粘贴于厚度相等的等腰三角形悬臂梁的侧面,利用光纤光栅啁啾效应,通过测量带宽进行多种力学量的传感研究.理论和实验均证明,该传感装置具有温度自动补偿功能.在位移、应力等参量的传感实验中获得了很好的线性响应,位移和应力传感的灵敏度分别为2.47 nm/mm和2.26 nm/N,光纤光栅实验带宽达15.5 nm.
光纤光栅 温度自动补偿 啁啾传感器 等强度梁
1 南开大学现代光学研究所,天津,300071
2 广西师范大学物理系,桂林,541004
利用等强度梁原理,实现了光栅中心波长双向无啁啾调谐,调谐量可达12.52 nm.实验结果与理论分析一致.装置构形简单,成本低,易于定标和操作,已在自制的可调谐激光器、传感网络中的寻址器以及分插复用器中获得诸多应用.
光纤光栅 等强度梁 无啁啾调谐
