一种用于上呼吸道的光纤压力传感器的设计
光纤压力传感器原理及特点
光纤压力传感器原理及特点1.压力引起光纤光学特性的改变：光纤中的体驻波由于受到外部应力的作用而受到频率变化，从而改变了光的传播特性。
当光纤被施加压力时，压力作用在光纤芯部分，导致光纤的折射率发生变化，进而改变了光纤内部的光的传播速度。
这个频率变化可以通过光纤的弯曲和伸缩来引起，并且随着压力的改变而改变。
2. 光学电探测方法对光纤内部光信号的测量：测量光纤内部光信号的变化是光纤压力传感器的关键步骤。
一般采用的测量原理有激光光栅原理和Mach-Zehnder干涉原理。
激光光栅原理利用激光光栅与光纤中的光信号的相互作用，通过测量光的频率变化来获得外部压力信号的变化。
而Mach-Zehnder干涉原理则是利用干涉装置通过光纤内部光信号与参考光信号的叠加来进行测量。
1.高精度：由于光纤内部光信号的传播速度和频率变化具有高度稳定性，因此光纤压力传感器具有很高的测量精度。
2.宽量程：光纤压力传感器可以通过改变光纤的材料、结构和尺寸等参数来适应各种压力范围的测量需求。
3.高灵敏度：光纤压力传感器通过测量光的频率变化来感知压力信号，其灵敏度相对较高，可以实现对微小压力变化的测量。
4.高稳定性：光纤压力传感器的工作原理不受温度、湿度、电磁场等环境因素的影响，具有较高的稳定性。
5.抗干扰能力强：由于光纤传输光信号不受外界干扰影响，光纤压力传感器具有较强的抗干扰能力。
6.长寿命：光纤传感器无机械件，不易损坏，寿命长，可以在恶劣环境下长时间工作。
综上所述，光纤压力传感器具有高精度、宽量程、高灵敏度、高稳定性、抗干扰能力强和长寿命等特点，广泛应用于工业自动化、石油化工、航空航天、医疗仪器等领域。
光纤传感器的实际应用案例及操作指南
光纤传感器的实际应用案例及操作指南光纤传感器作为一种基于光和光纤技术的传感器，具备高精度、高灵敏度、抗干扰等优点，广泛应用于工业、医疗、环境监测等领域。
本文将介绍几个光纤传感器的实际应用案例，并提供操作指南，帮助读者更好地了解和使用光纤传感器。
一、光纤温度传感器在工业监测中的应用光纤温度传感器可以实时、精确地监测物体的温度变化，广泛应用于工业生产中的温度监测和控制。
它适用于高温、低温、高压等极端条件下的温度测量，并具备抗干扰和耐腐蚀的特点。
例如，在钢铁冶炼过程中，通过将光纤温度传感器安装在炉内，可以实时监测炉温的变化，从而控制冶炼过程的温度，提高生产效率和产品质量。
使用光纤温度传感器的操作指南如下：1. 确保光纤传感器的光路通畅，没有断裂或弯曲。
2. 精确地连接光纤传感器和测量设备，保持信号的稳定传输。
3. 根据实际需求选择适合的光纤温度传感器型号，考虑测量范围、耐温度变化、抗干扰能力等参数。
4. 在使用前进行校准，在标准温度下将传感器的读数与已知的温度值进行比对。
5. 在安装过程中注意保护光纤温度传感器，避免物理损坏。
二、光纤加速度传感器在航空航天和汽车制造中的应用光纤加速度传感器是通过测量物体的加速度来获取运动状态及振动信息的传感器。
它具有高精度、高灵敏度、抗干扰等特点，在航空航天和汽车制造等领域被广泛应用。
例如，在航空航天领域，光纤加速度传感器可以用于飞行器的振动监测和结构健康监测，从而提高航空器的安全性和稳定性。
在汽车制造领域，光纤加速度传感器可以用于汽车零部件的振动测试和质量控制，从而提高汽车的性能和寿命。
使用光纤加速度传感器的操作指南如下：1. 确保传感器与被测物体之间的连接牢固可靠。
2. 选择适当的测量范围和灵敏度，根据实际应用需求进行调整。
3. 在使用前进行校准，确保传感器的读数准确可信。
4. 避免在高温、高湿等极端环境下使用，以防影响传感器的性能和寿命。
5. 定期进行维护和保养，及时更换损坏或老化的传感器部件。
基于光纤技术的传感器设计与制作
基于光纤技术的传感器设计与制作随着传感技术的日益发展，基于光纤技术的传感器越来越受到人们的关注。
光纤传感器具有高灵敏度、高精度、无电磁干扰等优点，可以广泛应用于国防、航天、交通、环保、生物等领域。
因此，本文将介绍基于光纤技术的传感器的设计与制作。
一、光纤传感器的工作原理光纤传感器是通过测量光纤中的光学信号来实现对物理量的测量，其工作原理基于光纤的两个基本特性：光纤中光的传输和散射。
光纤中的光的传输是指光信号的传输过程，光信号进入光纤后，会在光纤中不断地反射和折射，并沿着光纤的轴线传播，直到到达光纤的另一端。
光纤中的散射是指光的弹性散射和非弹性散射。
其中弹性散射仅改变了光的方向，频率和相位等基本性质不变，非弹性散射则会改变这些基本性质。
这些散射现象都会引起光的衰减和光强的分布变化，因此可以用来测量物理参量。
二、基于光纤技术的传感器分类光纤传感器可以根据测量物理量的不同而分为各种类型，例如温度传感器、压力传感器、加速度传感器、位移传感器等。
其中，光纤光栅传感器和拉曼光纤传感器的应用最为广泛。
1.光纤光栅传感器光栅传感器是利用光学光栅上的“反射率分布”或“折射率分布”来实现对光的干涉和散射衍射的控制，从而测量物理参量的变化。
常见的光纤光栅传感器有布拉格光栅传感器和长周期光纤光栅传感器。
布拉格光栅传感器利用薄膜布拉格反射镜，通过控制反射率分布进行光的干涉，从而实现对物理参量的测量。
长周期光纤光栅传感器则利用周期性光纤中的衍射，通过调制光纤表面的折射率分布，从而实现对物理参量的测量。
2.拉曼光纤传感器拉曼光纤传感器是利用拉曼光谱原理，通过测量物质分子的振动和旋转引起的光谱特征来实现对物理参量的测量。
光纤传感器与样品接触，激发样品中的分子振动和旋转，产生拉曼散射光，再经过光谱仪分析和处理，最后测量物理参量的变化。
三、基于光纤技术的传感器的设计与制作基于光纤技术的传感器设计与制作需要考虑材料、光学参数、结构和制造工艺等因素。
一种具有参考通道的光纤压力传感器的研究
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式中 Ｋ为反馈系统传输系数。
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图 ２ 位 移—稍 台 系 数 （ 】 系 曲线 Ⅱ关
变化等因紊对测量精度的影响 ， 也可对膜盒的机械不稳定性起到
补 偿 作用 ，
系统结掏框图如图 ３所示。图中， 压力膜盒探头用于实现压 力 至位移转换 ， 两条并行光纤实现位移至光强转换与 传输 。检测 仪表包括 Ｌ Ｄ及其驱动电路 、 光探测器 、 信号处理电路等 光源驱动电路为恒流电路 Ｌ 使 Ｄ发出恒定光 ． 耦合进光纤后 传辅至膜片。人射光纤 的出射 光经抛光膜片反射后 ， 分别被初始 位置不同的两根 出射光纤 收集， 送至光探测器 ． 并进行信 号处理。 当压力变化时 ， 片的位置发生变化 ， 膜 进而改变 出射 光纤 中的光 强。光纤传辅 的两个光强信号经光 电变换 、 大 、 除运 算以及 放 相 量程调节 和灵敏调节后 ， 由二个仪表显示测量的压力值 。
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二 是 采 用 图 ４所 示 的 光 源 反 馈 方 法 以稳 其输 出。 Ｙ分 卫
光纤的一路输 出光经光 电转换 ， 相敏解调后 ， 成为与光强成正 比 的直流电压 （ 。。 。 ） 与 （ 定电压 ） 给 比较后反馈 至 Ｌ Ｄ驱动
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传 感器与检 测技术
一
种 具 有 参 考 通道 的 光 纤压 力传 感 器 的研 究
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基于光纤传感技术的压力传感器
基于光纤传感技术的压力传感器随着现代工业的发展，传感器的应用越来越广泛。
传感器是一种可以将物理量转换成电信号或其他形式信号的设备。
而压力传感器是其中一种，广泛应用于汽车工业、军事工业、智能化建筑等领域。
而基于光纤传感技术的压力传感器因其极高的精度，已经成为现代科技发展的重要组成部分。
什么是光纤传感技术？光纤传感技术是指利用光传播特性将物理量转换成光信号并将其测量或传递的技术。
光纤传感技术的优点在于：传输速度快，精度高，稳定性好，噪声小，以及可以进行长距离传输等特点。
而压力传感器作为一种热门传感器，因其能够实时反馈压力变化，被广泛应用于工业、军事和其他领域中。
传统的压力传感器采用电子技术实现，但是随着科技的不断进步，基于光纤传感技术的压力传感器开始逐渐被应用。
基于光纤传感技术的压力传感器的构成与原理基于光纤传感技术的压力传感器通常具有三个主要部分：光源、传感器和光学组件。
在传感器中，光源会将光信号通过光学器件发送至传感器。
传感器内包含一个可以实现被测物理量转换的组件，例如纤维布拉格光栅（FBG）。
当受到外力作用时，FBG会发生形变，导致信号的波长发生变化。
通过检测波长变化，传感器可以实时得知受力状况，从而实现压力的测量。
最后，测量到的光信号会通过光学组件传输至检测器，进行后续处理和分析。
虽然基于光纤传感技术的压力传感器与传统的压力传感器构造之间存在较大差异，但是它们的原理是一致的。
基于光纤传感技术的压力传感器能够实时反馈压力的变化，以达到监测、控制和保护等目的。
下面我们来看一下它的优势。
基于光纤传感技术的压力传感器的优势基于光纤传感技术的压力传感器具有许多优势，这些优势与传统的压力传感器相比具有明显差异：1. 高精度光学信号的测量具有极高的精度，可以实现微小变化的监测。
基于光纤传感技术的压力传感器使用了光栅等高精度的模块，因此可以达到高精度的测量结果。
2. 多信号利用光波长多路分复用技术，多个传感器可以共享同一根光纤的信号传输，从而节省成本。
光纤光栅压力传感器
光纤光栅压力传感器摘要光纤光栅压力传感器是一种基于光纤光栅技术的压力测量装置。
它利用光纤光栅的特性，通过测量光纤光栅的光谱变化来间接测量压力。
本文将介绍光纤光栅压力传感器的工作原理、优势以及应用领域，并对光纤光栅压力传感器的未来发展进行展望。
1. 引言随着科技的发展，压力传感技术在工业自动化、机械制造、医疗诊断等领域中具有重要的应用价值。
光纤光栅压力传感器作为一种新型的压力测量技术手段，具有高灵敏度、快速响应、抗电磁干扰等优点，逐渐受到研究者的关注。
2. 光纤光栅压力传感器工作原理光纤光栅压力传感器的工作原理基于光纤光栅的特性，即通过光纤中的光栅结构使入射光产生衍射，从而形成一系列特定波长的光谱。
当光纤光栅受到外界压力的作用时，光栅的结构会发生变化，导致衍射光谱发生位移。
通过测量光谱的位移大小，可以间接得到外界压力的大小。
3. 光纤光栅压力传感器的优势相比传统的压力传感器，光纤光栅压力传感器具有以下优势：•高灵敏度：光纤光栅压力传感器可以实现对微小的压力变化的检测，具有较高的灵敏度。
•快速响应：光纤光栅压力传感器的响应时间非常快，可以在毫秒级别内完成压力测量。
•抗电磁干扰：光纤光栅压力传感器采用光学传输信号，对电磁干扰具有很好的抗干扰能力。
•高可靠性：由于光纤光栅压力传感器没有机械移动部件，因此具有较长的使用寿命和高可靠性。
4. 光纤光栅压力传感器的应用领域光纤光栅压力传感器在多个领域都有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：4.1 工业自动化光纤光栅压力传感器可以用于工业自动化中的压力监测和控制，如机械加工、液压系统等。
通过实时测量压力变化，可以及时调整系统的工作状态，提高生产效率和产品质量。
4.2 汽车工程光纤光栅压力传感器可以应用于汽车制造和汽车发动机的研究中。
通过监测引擎内部的压力变化，可以实时监控引擎的工作状态，提高燃烧效率和燃油利用率。
4.3 医疗诊断光纤光栅压力传感器可以应用于医疗诊断中的血压测量、内脏压力监测等领域。
光纤压力传感器的基本原理传感器
光纤压力传感器的基本原理 - 传感器为了弄清楚光纤压力传感器，需先介绍光纤位移传感器的基本原理。
图3-35为光纤位移传感器原理示意图。
它是利用光导纤维传输光信号的功能;依据探测到的反射光的强度间接地测量技测反射表面间的距离。
一个典型的光纤位移传感器中，由600根光导纤维组成一个直径为0.762mm的光缆，光纤内芯是折射率为1.62的火石玻璃，包层是折射率为1.52的冕牌玻璃。
光缆的末端分成两支，—支用于光放射，一支用于光接收。
光源是2.5V的白炽灯泡，而接收光信号的敏感元件是光电池。
由光敏检测器产生与接收与光强成正比的电信号。
对于每0.25m的位移，产生1V的电压输出，其辨别力是0.025um。
光纤位移传感器的工作原理是：当光纤探头端都紧贴技测件时，放射光纤中的光不能反射到接收光纤中去，出而就不能产生光电流信号;当被测表面渐渐远窝光纤探头时，放射光纤照亮被测表面的面积月越来越大，使相应的放射光锥和接收光维重台面积B1越来越大，于是接收光纤端面上依据亮的B2区也越来越大，从而有一个与探头位移成线性增长的输出信号;当整个接收光纤端面被全部照亮时，输出信号就达到了位移—输出信号曲线上的“光峰点”光峰点以前的这段曲线叫前坡区;当被测表面连续远离探头时，由于被反射光照亮的B2面积大于C(见图3-36)，即有部分反射光没有反射进接收光纤，而且出于接收光纤更加远离被测表面，使接收到的光强减小，因而光敏检测器的输出信号渐渐减弱，于是进入曲线的后坡区，如图3-36所示。
在后坡区，信号强弱与探头和被测表面之间的距离平方成反比。
在位移—输出曲线的前坡区中，输出信号的强度增加得格外快，所以这一区域可以剧来进行微米级的位移测量;后坡区域可用于距离较远而灵敏度、线性度和精度要求不高的测量;而在所谓的光峰区域，输出信号对于光强度变化的灵敏度要比对于位移交化的灵敏度大得多，所以这个区域可用于对表面状态进行光学测量。
照明和接收光纤的排列方式主要有以下几种：随机分布，同辐外传光分布、同轴内传光分布和对半分布。
光纤压力传感器
特点：结构简单、容易装配，造价低；
但是机械设计复杂，加速度效应也会使其性 能恶化。
3、反射型光纤压力传感器
结 束！
光纤压力传感器原理及 特点
1、光纤F-P压力传感器
F-P腔传感头如图所示 弹性合金薄片作为F-P腔的一个端面，并将其抛光的面作为
反射面，光纤对准弹性合金面的中心，光纤端面直接作为另一 个反射面，并且选择两个面合适的反射比。这样就在光纤端面 与合金片之间形成了F-P腔，当压力作用于F-P腔的合金薄片时 会产生弹性形变，不同的压强在传感器上有不同的压力，弹性 合金薄片受此压力产生的形变大小与所受压力有关。
合金薄片的变形使得F-P腔的腔长发生变化，当入射光射到 F-P腔后，反射回的光由于光程差改变使得干涉条纹发生 一系列的移动变化，测Βιβλιοθήκη 干涉条纹数就可得到相应的压力 大小。
（暨南大学 光电工程研究所 赵中华、高应俊、骆宇锋）
2、微弯型光纤压力传感器
微弯结构由一对机械周期为A的齿形板组成，敏感光纤从 齿形板中间穿过，在齿形板的作用力F下产生周期性的弯曲。 当齿形板受外部扰动时，光纤的微弯程度发生变化，从而导 致输出光的功率发生变化。通过光检测器检测到的光功率变 化来间接测量外部压力的大小。通过对光载波强度的检测， 就能确定与之成比例的变形器的位移，并确定压力大小。
光纡压力传感器探头的设计
中 围分 类 号 ： Ｎ２３ Ｔ ４ ＿ ｛ Ｎ２７ ｒ ５
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文 章 编 号 ：０ ５０ ８ （ ０２ ０ ４ ７０ １０ ０６ ２ ０ ） ５０ ７ —３
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１ 引 － ｇ
光纤 压力 传感 器 探头 是 光纤 压 力传 感 器 的关 键
到广泛应用。
２ 原 理
部件 型 的光纤 压力传感 器探 头有光强 调制 型 和光 典
纤光栅 型 ］ 如一 种光强调 制型压 力传感 器把 光纤 夹 。 持在周期 波长 为定 值的梳状 结构 中 ， 当梳 状结 构受力 时， 通过 产生 微 弯 的光纤 的光 强 发生 变 化 ； 一种 另 用 ｃ 型弹簧 管作为 弹性元件 口 ， ］弹簧管受 力后 发生形 变 ， 夹在其 中的光 纤环 弯曲 ， 现对光 强 的调制 ， 使 实 该 传感 器 在 ０ ． ａ的范 围内有 很 好 的线 性 度 和 ～０ ６ＭＰ 重复性 纤光栅 型具有 良好 的线性关 系 和很 高 的灵 光 敏度 ， 是 ， 来检 测 波长 位 移 的 昂贵仪 器 限制 了它 但 用
ｓ ｏｗ ｓ ｔ ｓ ｌｃ ｍ ｅ ｗ ｈｃ ｓ ｒ ｓ ｏ ｍ ｅ ｙ ｔ ｅ ｆａ ｄｉｐ ａ ｈ ｈｅ ｄｉｐ ａ ｅ ｎｔ ｉｈ ｉ ｔａｎ ｆ ｒ ｄ ｂ ｈ ｌｔ ａ ｈｒ ｇｍ ａ ｂ ｔ ｃｅｄ ｂｙ ｈｅ ｃ ｎ ｅ ｄｅ ｅ ｔ ｔ ｏｐ ｉ ｆｂ ｒ ｔｃ ｉｅ
１ ００８ ０ ４１
摘 要 ： 绍 了 一种 光 纤 压 力传 感 器 探 头 的设 Ｉ 和 －算 。利 用 平 膜 片 实 现 压 力 与 位 移 的 转 换 ． 位 移 由 光 开 ｔ ｔ 其 纤 传 感 器 检 测 出来 。 头 中两 光 纤 呈 口角 度 放 置 ． 使 系 统 的 灵 敏度 达到 ４ ． ｍＶ／ ａ 传感 器 探 头 的 探 能 １６ ＭＰ 。
光纤布拉格光栅压力传感器的研制与应用
光纤布拉格光栅压力传感器的研制与应用光纤传感技术是一种用光学方法对物理量进行测量的技术，具有灵敏度高、精度高和抗干扰能力强等优点，近年来逐渐得到重视和应用。
光纤布拉格光栅压力传感器是一种利用光纤布拉格光栅声学耦合效应对压力进行测量的传感器，具有体积小、抗干扰能力强和不受磁场和电场干扰等特点。
本文将介绍光纤布拉格光栅压力传感器的研制和应用。
一、光纤布拉格光栅压力传感器的结构和工作原理光纤布拉格光栅压力传感器由光源、光伏探测器、光纤布拉格光栅和传感器壳体等组成。
光纤布拉格光栅是将一段光纤经过激光束在光纤中刻上一系列间隔相等的反射光栅，形成一定的声学共振器。
当外部环境受到压力作用时，布拉格光栅的反射光波长会发生变化，利用光纤传输背景光源产生的光信号，可以测出布拉格光栅的反射光波长变化从而得到环境的压力大小。
二、光纤布拉格光栅压力传感器的研制光纤布拉格光栅压力传感器的制备需要对光纤进行光栅的刻制和声学共振器的制作。
具体来说，包括以下几个步骤：1. 光纤刻写光纤刻写是将一个较长度的光纤通过对激光束在其上进行光栅刻写，形成反射光栅的过程。
光纤可以采用陶瓷、石英、聚合物等材料。
光栅具有较高的制备要求，通常需要在100纳米级别、深度较浅的范围内进行刻写，从而得到合理的光学性能。
2. 光纤布拉格光栅制备将所制得的光纤布拉格光栅的孔径露出，加上一个结构精细、灵敏度高的传感器设计，就形成了一款光纤布拉格光栅压力传感器。
在制组成过程中，需要根据本身的性质进行设计，确定其工作原理的基本结构。
3. 传感器制壳对所制得的光纤布拉格光栅压力传感器进行外部包装，制成传感器壳体，保护传感器光学光缆不受外部物质的污染和机械碰撞等。
三、光纤布拉格光栅压力传感器的应用光纤布拉格光栅压力传感器的应用主要在以下几个领域：1. 汽车行业在汽车行业，光纤布拉格光栅压力传感器可以用于汽车制动系统、汽车发动机等的监测。
通过监测汽车制动系统或发动机的压力变化，及时发现可能存在的问题，从而避免发生意外事故，保障汽车行驶的安全性。
基于光纤传感技术的压力传感器研究
基于光纤传感技术的压力传感器研究随着现代工业技术不断发展，工业生产过程中的各种传感器也在不断推陈出新。
其中，压力传感器是应用最为广泛的一类传感器之一，其应用领域涵盖了各个行业，如石油化工、生物医药、机械制造等领域。
随着科学技术的发展，基于光纤传感技术的压力传感器研究也得到了越来越多的关注。
一、基于光纤传感技术的压力传感器原理基于光纤传感技术的压力传感器，是通过将光纤作为传感元件来测量物理量的变化。
其原理类似于弯曲光纤传感器，但通过不同的接触剂和制备方法，可以获得不同的传感特性和一定的灵敏度。
在基于光纤传感技术的压力传感器中，当压力作用于传感头部分时，其会产生一定的弯曲和应变，进而会改变光纤的折射率和衰减率等特性。
通过对这些特性的测量和分析，可以获得相关的压力传感信息。
二、基于光纤传感技术的压力传感器的优点和局限性基于光纤传感技术的压力传感器相比传统传感器的优点在于其具有良好的机械性能和抗干扰性能。
同时，在光的传输过程中，光的损耗是非常小的，因此能够保证传感器的高精度和高灵敏度，以及对于极端环境的适应性更高。
然而，基于光纤传感技术的压力传感器在实际应用中也存在一定的局限性。
例如，其制备成本较高，且使用和安装比较麻烦。
此外，传感器的稳定性也需要进行更加严格的控制。
三、基于光纤传感技术的压力传感器在工业应用中的现状和前景目前，基于光纤传感技术的压力传感器已经在许多领域得到应用，如石油化工、生物医药、机械制造等。
在石油化工领域，基于光纤传感技术的压力传感器能够实现高压高温环境下的长期实时监测，为安全生产提供有效的保障。
在生物医药领域，其应用于对血液压力的监测和脑脊液压的检测等方面，也取得了较好的效果。
未来，随着科学技术的不断发展，基于光纤传感技术的压力传感器将会在更多领域得到应用。
同时，引入新材料和新技术将有助于提高其稳定性和准确性，进一步拓展其应用领域和市场前景。
综上所述，基于光纤传感技术的压力传感器作为新型的传感器，在工业应用中具有良好的前景和发展潜力。
光纤传感器监测系统设计和优化
光纤传感器监测系统设计和优化光纤传感器监测系统是一种利用光纤传感技术实现对环境变化的实时监测的系统。
通过对光纤的拉伸、压力、温度等信号的测量，可以得到环境参数的变化情况，从而实现对环境的监测与控制。
本文将对光纤传感器监测系统设计与优化进行详细阐述。
一、系统设计1.系统结构光纤传感器监测系统由传感器单元、信号处理单元、数据存储单元和数据展示单元组成。
传感器单元负责采集环境参数的变化，并将信号传输到信号处理单元。
信号处理单元对传感器采集到的信号进行处理和分析，并将结果存储到数据存储单元。
数据展示单元将存储的数据进行可视化展示，方便用户进行实时监测和分析。
2.传感器设计传感器是光纤传感器监测系统的核心组成部分，其设计质量直接影响系统的性能。
在设计传感器时，需要考虑以下几个方面：（1）传感器类型：根据需要监测的环境参数，选择合适的传感器类型。
常见的光纤传感器包括拉伸传感器、压力传感器和温度传感器等。
（2）传感器布置：将传感器布置在需要监测的区域内，使其能够全面感知环境参数的变化。
需要注意的是，传感器的布置需要合理，以保证传感器之间不会相互干扰。
3.信号处理与数据存储信号处理是对传感器采集到的信号进行处理和分析的过程，其目的是提取有效的信息。
常见的信号处理方法有滤波、放大、AD转换等。
数据存储用于保存处理后的数据，以备后续分析和展示。
4.数据展示与用户界面数据展示是光纤传感器监测系统的重要组成部分，通过将数据可视化展示，可以使用户更直观地了解环境参数的变化情况。
同时，用户界面的友好性也是设计的重要考虑因素，以方便用户进行操作和分析。
二、系统优化针对光纤传感器监测系统的设计，可以从以下几个方面进行优化：1.传感器性能优化提高传感器的灵敏度和精度，增加传感器的工作范围。
采用新型材料和结构设计，优化传感器的传输特性和信号损耗，提高信号采集的质量和可靠性。
2.信号处理算法优化针对不同环境参数的变化特点，优化信号处理算法，提高信号处理的准确性和效率。
光纤温度传感器的设计
光纤温度传感器的设计
一、概述
光纤温度传感器（Fiber-Optic Temperature Sensor）是一种使用光纤作为传感器的新型温度感应器，它具有便携性高、抗电磁干扰强、精度高等特点，特别适用于在高温、极端环境中测量温度，如航空、航天、汽车、渔业、火车等广泛应用领域。
二、原理
光纤温度传感器是一种基于热光学原理的温度传感器，采用一根光纤作为传感器，在温度变化的环境中测量光纤在进出光纤处的温度变化。
传感器的原理是通过光纤中光子本质的拉曼效应，在光纤进出口处测量光纤的温度变化，然后将光纤的温度变化转换为电信号，由数据处理器进行数据处理，最终得到测量中实际温度的值。
三、结构
1.光纤：由一根光纤作为传感器的基础，它的厚度一般为几十微米，重量轻，对电磁干扰不敏感，可以抗酸、碱、强磁场和高温环境；
2.光纤线缆：光纤传感器的工作原理是将光纤的温度变化转换为电信号，所以需要用光纤线缆将光纤与数据处理器连接，传输温度信号；
3.数据处理器：温度信号由光纤线缆传递给数据处理器，进行信号处理得到实际温度值；
4.显示器：温度信号经过处理后。
光纤结构的呼吸传感器设计原理
光纤结构的呼吸传感器设计原理一、背景介绍1、随着科技的不断发展，医疗设备的创新和改进成为了医学领域的一个热门话题。
呼吸传感器是一种能够监测人体呼吸情况的重要设备，可以帮助医生及时了解患者的呼吸状态，对于呼吸系统疾病的治疗和护理起着重要作用。
2、传统的呼吸传感器一般采用电子元件来进行测量和监测，但是由于电子元件的特性，传感器的灵敏度和准确性受到了一定的限制。
近年来人们开始尝试利用光纤技术来设计呼吸传感器，希望通过光纤的特殊性能来提高传感器的性能和准确性。
二、光纤结构的呼吸传感器原理1、光纤传感器是利用光纤的特殊结构和光学特性来实现对物理量的测量和监测的一种传感器。
光纤传感器可以分为两种类型，一种是基于光纤的光学传感器，另一种是基于光纤的光纤传感器。
2、基于光纤的光学传感器通过改变光纤中的光衰减、折射、散射等现象来实现对物理量的测量和监测。
而基于光纤的光纤传感器则是在光纤的表面或内部引入一定的敏感材料，通过敏感材料的物理改变来实现对物理量的测量和监测。
三、光纤结构的呼吸传感器设计原理1、光纤结构的呼吸传感器的设计原理主要包括光源、光纤传感器、信号处理和数据分析四个部分。
2、光源：光源是光纤传感器的基础部分，它通过送光纤中注入一定的光信号来实现对呼吸情况的监测。
光源的选择和设计将直接影响到传感器的性能和准确度。
3、光纤传感器：光纤传感器是光纤结构呼吸传感器的核心部分，它负责将光信号转换成电信号，并将其传输到信号处理系统。
光纤传感器的设计需要考虑到光纤的选择、光纤的敏感区域的设计以及光纤的连接方式等因素。
4、信号处理：信号处理是光纤结构呼吸传感器的重要环节，它负责对接收到的电信号进行放大、滤波、去噪等处理，从而提取出其中包含的有用信息。
5、数据分析：数据分析是对传感器采集到的数据进行处理和分析，通过数据分析可以得出被测对象的呼吸频率、呼吸深度等重要参数。
四、光纤结构的呼吸传感器的优势及应用前景1、光纤结构的呼吸传感器相比传统的电子传感器具有许多优势，如灵敏度高、抗干扰性强、体积小、重量轻等。
柔性光纤压力传感器的增敏结构设计
㊀２０２１年㊀第３期仪表技术与传感器Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ㊀Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ㊀ａｎｄ㊀Ｓｅｎｓｏｒ２０２１㊀Ｎｏ．３㊀基金项目：国家自然科学基金杰出青年基金（６１５２５１０７）收稿日期：２０２０－０７－２２柔性光纤压力传感器的增敏结构设计隋丹丹１，张会新１，张利平２，洪应平１，芦夜召１，崔㊀凯１（１．中北大学，电子测试技术国家重点实验室，仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原㊀０３００５１；２．北京遥测技术研究所，北京㊀１０００７６）㊀㊀摘要：为了提高光纤压力传感器的灵敏度，提出了一种具有倒凹槽结构的柔性光纤压力传感器的设计方案㊂用聚二甲硅氧烷（ＰＤＭＳ）作为该传感器柔性基底，通过ＰＤＭＳ受力形变，带动光纤发生形变，从而实现光纤的轴向拉伸㊂利用光频域反射计（ＯＦＤＲ）测量光纤的轴向应变变化㊂对所提出的增敏结构传感器和改进前的传感器进行Ａｂａｑｕｓ有限元仿真分析和实验验证㊂结果表明，该增敏结构可以有效的提高传感器的灵敏度㊂在０ １００ｋＰａ的测压范围内，该传感器具有很好的重复性及线性度，灵敏度从未改进前的１．０９／ｋＰａ提高到１．６９／ｋＰａ㊂关键词：光纤压力传感器；聚二甲基硅氧烷；灵敏度；Ａｂａｑｕｓ仿真；光频域反射计中图分类号：ＴＰ２１２；ＴＮ２５３㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１００２－１８４１（２０２１）０３－００１９－０４ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＤｅｓｉｇｎｏｆＦｌｅｘｉｂｌｅＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒＰｒｅｓｓｕｒｅＳｅｎｓｏｒｆｏｒＰｒｅｓｓｕｒｅＳｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙＥｎｈａｎｃｅｍｅｎｔＳＵＩＤａｎ⁃ｄａｎ１，ＺＨＡＮＧＨｕｉ⁃ｘｉｎ１，ＺＨＡＮＧＬｉ⁃ｐｉｎｇ２，ＨＯＮＧＹｉｎｇ⁃ｐｉｎｇ１，ＬＵＹｅ⁃ｚｈａｏ１，ＣＵＩＫａｉ１（１．ＮｏｒｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎａ，ＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ＆ＤｙｎａｍｉｃＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎＴａｉｙｕａｎ０３００５１，Ｃｈｉｎａ；２．ＢｅｉｊｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｌｅｍｅｔｒｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒ，ａｆｌｅｘｉｂｌｅｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒｗｉｔｈｉｎｖｅｒｔｅｄｇｒｏｏｖｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ（ＰＤＭＳ）ｗａｓｕｓｅｄａｓｔｈｅｆｌｅｘｉｂｌｅｓｕｂｓｔｒａｔｅｏｆｔｈｅｓｅｎｓｏｒ．ＴｈｅｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｗａｓｓｔｒｅｔｃｈｅｄａｘｉａｌｌｙｗｉｔｈｔｈｅｓｔｒｅｓｓｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆＰＤＭＳ．Ｏｐｔｉｃａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ（ＯＦＤＲ）ｗａｓｕｓｅｄｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｈｅａｘｉａｌｓｔｒａｉｎｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒ．ＴｈｅｓｅｎｓｏｒｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｂｙＡｂａｑｕｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄａｃｔｕａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｓｅｎｓｏｒｃａｎｂｅｉｍｐｒｏｖｅｄｗｅｌｌ．Ｉｎｔｈｅｒａｎｇｅｏｆ０ １００ｋＰａ，ｔｈｅｓｅｎｓｏｒｈａｓｇｏｏｄｒｅｐｅａｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｌｉｎｅａｒｉｔｙ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓｅｎｓｏｒｂｅｆｏｒｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ，ｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｉｎｃｒｅａｓｅｄｆｒｏｍ１．０９／ｋＰａｔｏ１．６９／ｋＰａ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒ；ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ（ＰＤＭＳ）；ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ；Ａｂａｑｕｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｏｐｔｉｃａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ（ＯＦＤＲ）０㊀引言随着新材料和工艺技术的发展，压力传感器的应用领域越来越广泛㊂同时，人们对压力传感器也提出更高的要求，因此，越来越多的科研人员都开始了对柔性压力传感器的研究，以实现传感器的柔性㊁轻薄㊁可折叠等特点［１］㊂根据压力传感器技术的不同，常分为压电式［２］㊁压阻式［３－４］㊁电容式［５－６］以及光学式［７－８］等㊂其中基于光学机理的光纤压力传感器具有抗电磁干扰㊁传输距离远㊁柔韧性好㊁便于复用㊁重量轻等优点，成为了学者们的研究热点［９］㊂根据测试方法的不同，光纤压力传感器的种类也多种多样㊂现今光纤测试方法主要分为光损耗［１０］㊁光时域反射（ｏｐｔｉｃａｌｔｉｍｅｄｏｍａｉｎｒｅｆ⁃ｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ，ＯＴＤＲ）和光频域反射（ｏｐｔｉｃａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏ⁃ｍａｉｎＲｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ，ＯＦＤＲ）技术［１１］㊂其中ＯＦＤＲ与ＯＴＤＲ技术是分布式测量的主流方法，可以检测到大范围传感区域内的信号变化㊂而且，与ＯＴＤＲ技术相比，ＯＦＤＲ空间分辨率不受信噪比和动态范围的制约［１２］㊂综合考虑，本文根据ＯＦＤＲ技术实时测量的光纤的应变值，从而实现对不同压力的检测㊂为了进一步提高光纤压力传感的灵敏度，提出一种膜片式倒凹槽结构的增敏模型，采用聚二甲基硅氧烷（ＰＤＭＳ）作为柔性基底，普通单模裸光纤进行传感的光纤压力传感器㊂当传感器受到法向压力时，ＰＤＭＳ既能保护脆弱㊀㊀㊀㊀㊀２０㊀ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＭａｒ．２０２１㊀易断的光纤，又利用受压形变的带动作用，使光纤发生轴向拉伸㊂１㊀传感器结构设计与原理分析１．１㊀传感器结构设计及制作传感器的三维结构及尺寸图如图１所示，上层的触头层为受力接触面，由ＰＤＭＳ制成㊂下层为带有圆形凹槽结构的薄膜层，内部嵌入未处理过的单模裸光纤，薄膜层同样由ＰＤＭＳ制得㊂（ａ）传感器三维结构图（ｂ）传感器的尺寸示意图图１㊀压力传感器的结构示意图制作基于ＰＤＭＳ柔性衬底的压力传感器的工艺流程如图２所示㊂图２㊀传感器的制作过程示意图将ＰＤＭＳ（ｓｙｌｇａｒｄ１８４，ｄｏｗｃｏｒｎｉｎｇ）的预聚物和固化剂按照质量比１０ʒ１进行混合，搅拌至混合物成奶白色后停止搅拌㊂然后将混合物放入真空烘箱中抽真空３０ｍｉｎ，去除混合物中气泡㊂为了便于脱膜，需要在模具内部各个壁面上均匀的涂抹一层凡士林，然后将光纤放入模具中，并对光纤施加一定的预应力，其目的是使其绷直，减少测试时由于光纤未绷直带来的误差㊂接下来将脱泡后的ＰＤＭＳ混合液慢慢倒入处理好的模具中，静止２ｈ后放到６０ħ的加热板上，固化２ｈ得到柔性光纤压力传感器㊂１．２㊀传感器测量原理分析利用基于背向瑞利散射原理的ＯＦＤＲ系统，对光纤压力传感器进行检测㊂当在触头台上施加法向压力的时候，触头台发生形变，而下面的ＰＤＭＳ薄膜层整体被压缩，使内部光纤发生形变，增大了光纤轴向的应变，从而导致光纤的背向瑞利散射信号频率发生漂移，所以光谱漂移与光纤的应变成正比㊂通过对ＯＦＤＲ测量仪内部的参考臂与信号臂的测量信号进行快速傅里叶变换及相关运算，得到光谱漂移量㊂Δλλ＝－Δｖｖ＝Ｋｓε（１）式中：λ和Δλ分别为平均光波长和光的波长漂移值；ｖ和Δｖ分别为平均光频率和光的频率漂移量；Ｋｓ为应变校准常数㊂一般对于锗硅酸盐玻璃纤芯光纤，应变校准常数为Ｋｓ＝０．７８（２）Ｋｓ主要由光纤纤芯的掺杂种类和浓度决定，其次还受到包层成分与涂覆层成分的影响㊂计算出光纤频率的偏移量后，光纤的应变量可以用式（３）表示［１３］：ε＝－λｃＫεΔυ（３）式中：λ为扫描的中心波长；ｃ为光速；Ｋε为应变感应系数㊂因此经过ＯＦＤＲ测量仪内部进一步编码，可以导出相应的应变值㊂我们只需要得到应变与压力的关系，就可以准确测出所受压力的大小㊂２㊀有限元仿真分析采用Ａｂａｑｕｓ软件对传感器模型进行有限元仿真分析㊂首先对传感器建模，由于传感器的结构对称，所以采用二维轴对称单元模型进行计算㊂其次值得注意的是触头层和下面的柔性衬底的作用是进行力的传递，增加光纤的形变，因此仿真中选用Ｍｏｏｎｅｙ－Ｒｉｖｌｉｎ超弹性模型设置ＰＤＭＳ材料的参数㊂同时，因为光纤（直径１２５μｍ）相对于传感器的整体尺寸来说非常小，所以我们的仿真模型不包括光纤㊂２．１㊀传感器受力变形分析图３（ａ）和图３（ｂ）为在１００ｋＰａ法向压力下的传感器形变图及轴向应变的分布情况㊂可以看出，增敏模型由于底部的倒凹槽结构，相比于普通模型来说对触头台下方的ＰＤＭＳ薄膜层没有向上的支撑力，约束减少，所以在同样载荷下，增敏模型会发生更大的形变㊂㊀㊀㊀㊀㊀第３期隋丹丹等：柔性光纤压力传感器的增敏结构设计２１㊀㊀（ａ）普通传感器模型（ｂ）增敏传感器模型图３㊀两种传感器模型受力形变图２．２㊀法向力作用下的传感器输出应变特性图４（ａ）为增敏模型在１００ｋＰａ压力时，距离触头台不同深度ｄ（参见图３（ｂ）中标注）处的应变分布㊂从图中可以看出，在距离触头台底面不同深度的应变分布不一样，在触头台的正下方的位置（ｘ为０ ５ｍｍ，参见图３（ｂ））的应变比其他位置的应变分布更加均匀㊂仿真结构厚度为４ｍｍ时，在深度ｄ为３ｍｍ处的应变较其他两个深度的应变更大㊂因此，可以确定光纤嵌入的位置以及测量点的位置为触头台的正下方３ｍｍ处㊂根据图４（ａ）的分析结果，进行仿真，记录仿真中在触头台正下方深度为３ｍｍ处不同压力所对应的应变，观察两种模型对灵敏度的影响，如图４（ｂ）所示㊂由图４（ｂ），可以很明显发现，带有倒凹槽结构的光纤压力传感器的应变更大，从而实现增大灵敏度㊂３㊀实验测试与分析图５为制作的传感器实物图，左侧为传感器的上面结构图，右侧为传感器背面结构图㊂图６为传感器测试平台，将推拉力计安装在测试台上，通过上下移动推拉力计对传感器施加法向压力㊂将传感器内部光纤与跳线熔接，连接到ＯＦＤＲ测量仪（型号ＬＵＮＡＯＢＲ４６００）上，用于光纤轴向应变的测量㊂利用传感器测试平台对仿真结果进行验证㊂通过上下移动推拉力计对２种传感器进行施加法向力，范围是０ ２５０ｋＰａ，，记录实验数据，得到图７所示实际测量中两种模型对灵敏度的影响㊂可以发现，在１００ｋＰａ以内，压力与应变近似成线性关系；超过１００ｋＰａ，应变成指（ａ）不同深度位置的应变分布（ｂ）两种模型理论上对灵敏度的影响图４㊀法向力作用下的应变变化情况㊀图５㊀传感器实物图图６㊀实验测试平台示意图数增长㊂在０ １００ｋＰａ内普通模型和增敏模型的灵敏度分别为１．０９／ｋＰａ和１．６９／ｋＰａ，在１００ ２５０ｋＰａ压力范围内，普通模型和增敏模型的灵敏度分别为１．５８／ｋＰａ和３．３５／ｋＰａ㊂实际测量数据得到的图７和图４（ｂ）对比，符合仿真的结果㊂㊀㊀㊀㊀㊀２２㊀ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＭａｒ．２０２１㊀图７㊀两种模型实际测量中对灵敏度的影响根据图７的结果，超过１２０ｋＰａ后压力和应变的线性度不佳，所以我们将压力范围设为０ １００ｋＰａ对传感器进行测量标定㊂所以，上下移动推拉力计，增量为１０ｋＰａ，记录１０个数据，重复５次，得到图８所示的实验结果图㊂由图８可以看出测试结果具有很好的重复性，并且线性度均达到０．９９８以上，压力灵敏度为１．６９／ｋＰａ㊂（ａ）传感器的重复性（ｂ）传感器的线性度图８㊀输出应变与施加力之间的关系实验还测试了降压过程中压力与微应变的关系，实验范围依然是０ １００ｋＰａ，每次减少１０ｋＰａ，进行５次实验，结果具有很好的重复性，线性度均达到０．９９６以上㊂图９为传感器一次正反行程测试结果图㊂测试结果发现，每次升压结束后进行降压测试得到的微应变均小于加压时的微应变㊂分析造成迟滞的原因，可能是由于ＰＤＭＳ的弹性后效，施加一定压力后再降压，ＰＤＭＳ不能立即弹回㊂为了解决上述问题，决定调整ＰＤＭＳ的配比，改变触头台的弹性模量，相关实验正在进行㊂图９㊀正反行程结果图４㊀结论本文提出了一种增敏结构的柔性光纤压力传感器，通过仿真和实验验证，该传感器能够有效的提高光纤压力传感器的灵敏度，且操作简单，成本低㊂在０ １００ｋＰａ的压力范围内，灵敏度由１．０９／ｋＰａ提高到１．６９／ｋＰａ，同时还具有很好线性度与重复性，可用于智能机器人㊁人造皮肤领域等领域㊂但是由于传感器的厚度还是有些大，影响了传感器的柔韧性，所以后期需要对传感器结构及材料进行优化，以及考虑阵列问题，实现分布式测量㊂参考文献：［１］㊀林智春．ＭＥＭＳ压力传感器原理及其应用论述［Ｊ］．通讯世界，２０１５（６）：１９２．［２］㊀张锦桐，周刚，陈桂婷，等．电极与介电层褶皱接触对压电式柔性电子皮肤性能的影响［Ｊ／ＯＬ］．复合材料学报：１－８［２０２０－０７－１４］．ｈｔｔｐｓ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１３８０１／ｊ．ｃｎｋｉ．ｆｈｃｌｘｂ．２０２００４１６．００２．［３］㊀李伊梦，侯晓娟，张辽原，等．石墨烯／ＰＤＭＳ仿生银杏叶微结构柔性压阻式压力传感器［Ｊ］．微纳电子技术，２０２０，５７（３）：１９８－２０３．［４］㊀肖立志，郭兰申，张磊．基于应变片压阻效应的柔性传感器阵列的设计［Ｊ］．仪表技术与传感器，２０１７（７）：４－６．［５］㊀ＹＵＸＫ，ＬＩＹＦ，ＹＵＨＹ．Ｆｌｅｘｉｂｌｅｃａｐａｃｉｔｉｖｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒｓｆａｂｒｉｃａｔｅｄｂｙ３Ｄｐｒｉｎｔｅｄｍｏｕｌｄ［Ｊ］．ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，２０１９，５５（１８）：９９９－１０００．［６］㊀李玲，岳凤英，乔霖，等．基于多孔ＰＤＭＳ薄膜介电层的柔性压力传感器［Ｊ］．仪表技术与传感器，２０１９（４）：１５－１９．（下转第５３页）㊀㊀㊀㊀㊀第３期于千博等：电动机定子匝间耐压检测装置研究５３㊀㊀式（１０），可求得Ａ－Ｂ两相和Ａ－Ｃ两相线圈振荡波形的频率比㊁面积比和面积差比，测试数据如表２所示㊂表２㊀差比测试数据表序号频率比／％面积比／％面积差比／％Ａ－Ｃ３．６２６．８５３９．５０Ａ－Ｂ０．３２２．３５５．０３㊀㊀由表１㊁表２可知，该电动机Ｃ相线圈电感小于其他两相，且面积差比超过１０％，面积比超过５％，考虑是绕线匝数少于另外两相或是匝间有轻微短路从而造成电感量减小，经过拆机检查发现Ｃ相绕组存在匝间轻微短路情况㊂同时，对该三相电动机的Ａ相进行多次重复测量，Ａ相既作为标准波形又作为被测波形，理论上多次测量的波形是重合的，重复性测量数据如表３所示㊂表３㊀重复性测量数据表序号频率比／％面积比／％面积差比／％１０．０３０．２８１．００２００．０８０．５４３００．１２０．４６４００．０９０．４８５００．１１０．５２㊀㊀由表３测试数据可知，５次测量频率比㊁面积比和面积差比的重复性均在１％以内，重复性测量满足检测需求㊂６㊀结束语本文设计的电动机定子匝间耐压检测装置，以ＳＴＭ３２Ｆ４０５ＲＧＴ６为主控芯片，配合高速ＦＩＦＯ和ＡＤ９２２６，辅以其他硬件电路，在电动机离线状态下采集振荡波形，并利用以太网实时传输数据到上位机㊂通过计算被测波形和标准波形的频率比㊁面积比和面积差比，实现了对定子匝间耐压情况的判定，并能测得绕组电感值㊂实验结果表明，该装置检测精度高，重复性好，可以应用于电动机的生产检测中㊂参考文献：［１］㊀安国庆，靳彦虎，付超，等．基于虚拟仪器技术的异步电机定子匝间短路故障在线监测系统［Ｊ］．仪表技术与传感器，２０１３（７）：５２－５４．［２］㊀朱金禧．电机定子检测控制系统的软件设计和开发［Ｄ］．天津：天津大学，２０１６．［３］㊀ＳＡＲＩＫＨＡＮＩＡ，ＭＯＨＡＭＭＥＤＯＡ．Ｉｎｔｅｒ⁃ｔｕｒｎｆａｕｌｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎｉｎＰＭｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍａｃｈｉｎｅｓｂｙｐｈｙｓｉｃｓ⁃ｂａｓｅｄＥＭＦｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ［Ｃ］／／ＥｎｅｒｇｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎＣｏｎｇｒｅｓｓ＆Ｅｘｐｏｓｉｔｉｏｎ．ＩＥＥＥ，２０１２．［４］㊀郝迎吉，马论论，刚立．采煤机电动机匝间故障测试仪的研制［Ｊ］．煤炭技术，２０１７，３６（１２）：１８９－１９１．［５］㊀张强．变压器绕组匝间耐压绝缘性能数字化测试装置研究与开发［Ｄ］．南京：东南大学，２０１５．［６］㊀李美凤，贾伟伟，付会凯．基于ＬａｂＶＩＥＷ和Ｍｕｌｔｉｓｉｍ的ＲＬＣ串联电路暂态响应仿真研究［Ｊ］．自动化与仪器仪表，２０１８（１）：１３８－１４０；１４３．［７］㊀王红亮，王帅，刘文怡．压缩感知实现方法及应用综述［Ｊ］．探测与控制学报，２０１４，３６（４）：５３－６１．［８］㊀王银玲，李华聪．声发射检测仪多路数据采集模块［Ｊ］．仪表技术与传感器，２０１５（６）：４１－４３；７４．［９］㊀姚立海．电机安全性能自动测试系统［Ｄ］．杭州：浙江大学，２００３．［１０］㊀李旭，孟晨，张晓良，等．某型高炮ＣＡＮ总线检测系统的设计［Ｊ］．现代电子技术，２０１９，４２（１５）：１３－１６．［１１］㊀贾雪，王雪梅，倪文波．基于ＦＰＧＡ和以太网的超声波无损检测系统［Ｊ］．仪表技术与传感器，２０１７（９）：７２－７５．作者简介：于千博（１９９４ ），硕士研究生，主要研究方向为精密测量和智能化仪表㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｙｕｑｉａｎｂｏ０７１６＠１６３．ｃｏｍ毛谦敏（１９６６ ），教授，主要研究方向为精密测量和智能化仪表㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｑｉａｎｍｉｎ＠ｃｊｌｕ．ｅｄｕ．ｃｎ（上接第２２页）［７］㊀ＡＢＵＳＨＡＧＵＲＡＡ，ＡＲＳＡＤＮ，ＲＥＡＺＭＩ，ｅｔａｌ．Ａｄｖａｎｃｅｓｉｎｂｉｏ⁃ｔａｃｔｉｌｅｓｅｎｓｏｒｓｆｏｒｍｉｎｉｍａｌｌｙｉｎｖａｓｉｖｅｓｕｒｇｅｒｙｕｓｉｎｇｔｈｅｆｉｂｒｅＢｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇｆｏｒｃｅｓｅｎｓｏｒｔｅｃｈｎｉｑｕｅ：Ａｓｕｒｖｅｙ［Ｊ］．Ｓｅｎ⁃ｓｏｒｓ，２０１４，１４（４）：６６３３－６６６５．［８］㊀ＤＡＮＩＥＬＫ，ＰＥＴＥＲＴ，ＩＶＡＮＴ．ＬｏｃａｌｌｙｐｒｅｓｓｅｄｅｔｃｈｅｄｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｗｉｔｈＰＤＭＳｃｏａｔｉｎｇｆｏｒａｓｅｎｓｏｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｏｐｔｉｋ⁃Ｉｎ⁃ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｆｏｒＬｉｇｈｔａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎＯｐｔｉｃｓ，２０１６，１２７（１４）：５６３１－５６３５．［９］㊀刘艳，刘勇，朱震，等．光纤微弯传感器技术的发展与应用研究［Ｊ］．传感器与微系统，２００６（８）：１－３．［１０］㊀刘艳，刘计朋，朱震，等．基于光纤微弯损耗的压力传感器实验研究［Ｊ］．仪表技术与传感器，２００８（１）：４－５；３７．［１１］㊀高小龙，王刚，翟成瑞，等．基于侧向耦合结构的准分布式光纤液漏传感器［Ｊ］．光学技术，２０１９，４５（４）：４５３－４５７．［１２］㊀熊竹．基于ＯＦＤＲ的分布式光纤振动传感器研究［Ｄ］．成都：电子科技大学，２０１６．［１３］㊀章征林，高磊，孙阳阳，等．分布式光纤传感器应变传递规律研究［Ｊ］．中国激光，２０１９，４６（４）：２８５－２９．作者简介：隋丹丹（１９９５ ），硕士研究生，研究方向为柔性光纤传感技术㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｓ１９８３４５３２１０１＠１６３．ｃｏｍ通信作者：张会新（１９８０ ），副教授，博士研究生㊂主要从事柔性传感器㊁光纤传感研究㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｈｘ＠ｎｕｃ．ｅｄｕ。
传感器课程设计-- 压力传感器
摘要压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。
压力传感器的原理是将压力信号转变为某种电信号，如应变式，通过弹性元件变形而导致电阻变化；压电式，利用压电效应等。
工业生产控制过程中，压力是一个很重要的参数。
例如，利用测量大气压力来间接测量海拔高度；在工业生产中通过压力参数来判断反应的过程；在气象预测中，测量压力来判断阴雨天气。
因此，压力计的设计拥有广阔的市场前景。
这种压力传感器能比较精确和快速测量，尤能测量动态压力，实现多点巡回检测、信号转换、远距离传输、与计算机相连接、适时处理等，因而得到迅速发展和广泛应用。
本课题就是在这样的背景下设计一个简单的数字压力计，使得测量得到的压力能够数码管显示。
关键字：压力、电信号目录一、设计目的------------------------- 1二、设计任务与要求--------------------- 12.1设计任务------------------------- 12.2设计要求------------------------- 1三、设计步骤及原理分析 ----------------- 13.1设计方法------------------------- 1 3.2设计步骤------------------------- 23.3设计原理分析--------------------- 10四、课程设计小结与体会 ---------------- 11五、参考文献------------------------- 12一、设计目的1. 培养综合运用所学职业基础知识、职业专业知识和职业技能提高解决实际问题的能力从而达到巩固、深化所学的知识与技能；2. 培养建立正确的科学思想培养学生认真负责、实事求是的科学态度和严谨求实作风二、设计任务及要求2.1设计任务1.系统地掌握控制器的开发设计过程相关的电子技术和传感器技术等进行设计任务和功能的描述；2.进行系统设计方案的论证和总体设计；3.从全局考虑完成硬件和软件资源分配和规划分别进行系统的硬件设计和软件设计；4.进行硬件调试软件调试和软硬件的联调2.2设计要求本设计是通过以单片机为主的压力测量系统。
光纤气体传感器
光纤气体传感器引言光纤气体传感器是一种使用光纤技术来监测和检测气体浓度的设备。
它具有高灵敏度、快速响应、低功耗等优点，因此在各种工业应用领域广泛使用。
本文将介绍光纤气体传感器的工作原理、应用领域以及未来发展趋势。
工作原理光纤气体传感器利用光的传输特性来实现气体浓度的检测。
其工作原理基于气体分子与光子之间的相互作用。
当气体分子中存在目标气体时，目标气体分子会与光纤中传输的光信号发生相互作用，改变光的传输特性。
通过测量这种改变，可以间接地获得气体浓度的信息。
光纤气体传感器通常由光源、光纤、传感器元件和信号处理单元组成。
光源通过光纤传输光信号到传感器元件中，传感器元件将光信号与目标气体进行相互作用，然后再通过光纤将信号传输回信号处理单元进行处理和分析。
应用领域光纤气体传感器在工业和环境监测中有广泛的应用。
以下是一些典型的应用领域：工业过程监测光纤气体传感器可以用于工业过程监测，例如化工厂中的有害气体检测、燃烧过程中的燃气排放检测等。
通过检测和监测气体浓度，可以确保工业过程的安全性和稳定性。
环境监测光纤气体传感器可以应用于环境监测中，例如大气污染物的监测、地下水的污染物检测等。
通过对环境中气体浓度的监测，可以有效地评估环境质量，并采取相应的保护和治理措施。
医疗诊断光纤气体传感器可以应用于医疗诊断中，例如呼吸气体中二氧化碳、氧气等气体的监测。
通过监测呼吸气体中气体浓度的变化，可以及时发现和诊断患者的呼吸系统疾病。
气体泄漏检测光纤气体传感器还可以用于气体泄漏检测，例如天然气管道中的泄漏检测、化学实验室中的有害气体泄漏检测等。
通过实时监测气体浓度的变化，可以及时发现并采取相应的安全措施，保障人员和设备的安全。
未来发展趋势光纤气体传感器在传感器技术领域具有广阔的应用前景，也面临着一些挑战。
以下是一些未来发展的趋势：高灵敏度随着科技的发展，人们对气体传感器的灵敏度要求越来越高。
传统的光纤气体传感器已经取得了很大的进展，但在一些特定的应用领域还需要进一步提高灵敏度以满足需求。