悬臂梁结构光纤光栅温度自补偿位移传感器实验研究
光纤Bragg光栅电流传感器的温度补偿研究
Ａｂｔ ｃ：Ａ ｎｖｌ ｂｒＢａｇｇａｎ （ Ｂ ｓｒ ｔ ｏｅ ｆ ｅ ｒｇ ｒｔ ｇ Ｆ Ｇ）ｆ ｒｅｃｒ ｎ ｓｎｏ ｏｆ ｕａ ｏ ａｅ ｎＧ ｒｓｎｅ ． ａ ｉ ｉ ｏ ｌ ｇ ｕｒ ｔ ｅ ｓｒ ｎ ｇｒｔ ｎｂｓｄｏ ＭＭ ｉ ｐｅｅｔ ｒａ ｅ ｃ ｉ ｉ ｓ ｄ
Ａ ｔｍｐ ｒ ｔｒ ｏ ｅ ｓ ｔ ｎ ｓ ｈ ｍｅ ｉ ｄ ｓｇ ｅ ． ｈ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ａ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ｅ ｏ ９ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｃ ｍｐ ｎ ａｉ ｃ ｅ ｓ ｅ ｉｎ ｄ Ｔ ｅ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔｌ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｔ ｔｉ ｈ ａ ｇ ｆ０￣ ０℃ ． ｅ ｏ ｓ ｈ ｔ ｈ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｅ ｐｅ ａ ｕ ｅ ｃ ｍ ｐ ｎ ａ ｉ ｎ ｏ ｓ ａ ｃ ｎ ｔｍ ｒ ｔ ｒ ｏ ｅ ｓ ｔｏ ｆ ｉ ｅ ａ ｇ ｇ ａ ｉ ｕ ｒ ｎ ｅ ｓ ｒ ｆｂ ｒ Ｂｒ ｇ ｒ ｔｎｇ ｃ ｒ ｅ ｔ ｓ ｎ ｏ
ＴＡ ｉｇ Ｑ Ａ ｎ — ｎ Ｉ Ｎ Ｊｎ ， Ｕ Ｎ Ｗａ ｇｍｉ，ＷＡ Ｇ Ｈ ， Ｉ Ｎ ｉ ｉ ｇ Ｎ ｕ Ｊ Ｇ Ｂ— ａ Ａ ｑｎ
（ 西北工业大学 理学 院 陕西省光信 息技术重点实验室 教育部空间应用物理与化学重点实验室 。 陕西 西 安 ７ ０７ ） １ ０２ 摘 要 ：在基于超磁致伸缩材料 Ｔ ¨。 ｙ Ｆ ｂ Ｄ 。 ｅ 。的光纤 Ｂａｇ ｒｇ 光栅 （ Ｂ 大 电流传感器 的种温度补偿 的方 案 ， 决 了 Ｆ Ｇ的温度一 变交叉敏 感问题 ， 高了传感 器 解 Ｂ 应 提 的精度。实验结果表明 ： ０ ９ ℃的温度变化范围 内， 感器 的 Ｂａｇ 在 －０ 该传 ｒ 波长 差与 电流变化具 有较好 的 ｇ
Ｋｅ ｏ ｄ ：ｆ ｅ ｒｇ ｒｔ ｇ（ Ｂ ；ｃｒ ｎ ｅｓｒｍａｎ ｔ ｔｃ ｖ ｆ ｃ；ｔ ｐ ｒｔ ｅｃｍｐｎａｏ ；ｒ— ｙｗ ｒｓ ｉ ｒ ａｇｇａｉ Ｆ Ｇ） ｕｒ ｔ ｎｏ； ｇｅ ｓ ｉｉｅｅ ｅｔ ｅ ｅａ ｒ ｏ ｅｓｔｎ ｅ ｂ Ｂ ｎ ｅ ｓ ｏ ｒｔ ｆ ｍ ｕ ｉ
FBG光纤光栅的应变和温度传感特性研究与实验验证讲解
光纤光栅的应力和温度传感特性研究 (1)一光纤光栅传感器理论基础 (1)1 光纤光栅应力测量 (1)2 光纤光栅温度测量 (2)3 光纤光栅压力测量 (3)二光纤光栅传感器增敏与封装 (4)1 光纤光栅的应力增敏 (4)2 光纤光栅的温度增敏 (5)3 光纤光栅的温度减敏 (5)4 嵌入式敏化与封装 (6)5 粘敷式敏化与封装 (7)三光纤光栅传感器交叉敏感问题及其解决方法 (9)1 参考光纤光栅法 (10)2 双光栅矩阵运算法 (10)3 FBG与LPFG混合法 (11)4 不同包层直径熔接法 (12)5 啁啾光栅法 (12)光纤光栅的应力和温度传感特性研究一光纤光栅传感器理论基础1 光纤光栅应力测量由耦合模理论可知，光纤布拉格光栅(FBG)的中心反射波长为：2B eff n λ=Λ (1)式中：eff n 为导模的有效折射率，Λ为光栅的固有周期。
当波长满足布拉格条件式(1)时，入射光将被光纤光栅反射回去。
由公式(1)可知，光纤光栅的中心反射波长B λ随eff n 和Λ的改变而改变。
FBG 对于应力和温度都是很敏感的，应力通过弹光效应和光纤光栅周期Λ的变化来影响B λ，温度则是通过热光效应和热胀效应来影响B λ。
当光纤光栅仅受应力作用时，光纤光栅的折射率和周期发生变化，引起中心反射波长B λ移动，因此有：effBBeffn n λλ∆∆∆Λ=+Λ (2) 式中：eff n ∆为折射率的变化，∆Λ为光栅周期的变化。
光栅产生应力时的折射率变化：()21211112eff eff e effn n P P P n μμεε∆=---=-⎡⎤⎣⎦ (3) 式中：()21211112e eff P n P P μμ=--⎡⎤⎣⎦ (4) ε是轴向应力，μ是纤芯材料的泊松比，11P 、12P 是弹光系数，e P 是有效弹光系数。
假设光纤光栅是绝对均匀的，也就是说，光栅的周期相对变化率和光栅段的物理长度的相对变化率是一致的。
悬臂梁式光纤光栅加速度传感器的特性研究的开题报告
悬臂梁式光纤光栅加速度传感器的特性研究的开题报告
尊敬的评委老师：
我是XXX，我的论文题目是《悬臂梁式光纤光栅加速度传感器的特性研究》，我很荣幸能在这里向大家介绍我的研究题目。
近年来，随着工业技术的不断发展，传感器在生产线上的作用变得越来越重要。
光纤光栅传感器是一种新型的传感器技术，具有高灵敏度、小型化和抗干扰能力强等
优点。
其中，悬臂梁式光纤光栅加速度传感器由于具有精度高、响应速度快、易于制
造和使用等优点而备受关注。
其主要结构由光纤光栅和悬臂梁组成，可用于地震预警、飞行器姿态控制、车辆运动检测等。
本研究主要是对悬臂梁式光纤光栅加速度传感器进行性能研究，主要包括以下三个方面：
1. 基于MATLAB的仿真模拟：通过MATLAB软件对悬臂梁式光纤光栅加速度传
感器进行仿真模拟，研究其工作原理、灵敏度等性能参数，探讨加速度检测敏感度和
检测频率响应等特性。
2. 悬臂梁加速度传感器的制备：根据理论研究结果，制备出悬臂梁式光纤光栅加速度传感器原型。
通过对其物理性能测试和电路调试，分析并优化其精度和灵敏度。
3. 实验评估：将悬臂梁式光纤光栅加速度传感器应用到地震预警、飞行器姿态控制、车辆运动检测等场景中，对其实际性能进行评估。
通过对实验结果的分析，进一
步验证其实用性。
基于上述研究方向，本篇论文旨在从理论到实践全方位展示悬臂梁式光纤光栅加速度传感器的性能优势和应用前景，为后续传感器技术的研究和发展提供参考。
最后，谢谢评委老师的关注和支持，期待今后的交流和指导。
光纤光栅位移传感器
未来研究方向
对传感器能同时感测应变和温度变化的研究 对信号解调系统的研究 对光纤光栅传感器的封装技术、温度补偿技术、光
源稳定性、传感系统网络化等实际应用研究
pe为有效弹光系数?光栅的周期相对变化率和光栅段的物理长度的相对变化率是一致的ll?????????1bebp??????系统实现光纤光栅位移传感器结构图非接触磁耦合光纤光栅位移传感器系统实现基于啁啾光纤光栅的温度自补偿位移传感器系统实现双三角形悬臂梁传感器结构示意图系统实现温度自补偿位移传感器系统结构图具有温度补偿的光纤位移传感器应用举例边坡监测应用举例应用举例将光纤光栅位移传感器进行组网后可以方便地对边坡的不安全点软弱面和滑体进行实时监测未来研究方向?对传感器能同时感测应变和温度变化的研究?对信号解调系统的研究?对光纤光栅传感器的封装技术温度补偿技术光源稳定性传感系统网络化等实际应用研究
系统实现
光纤光栅位移传感器结构图
系统实现
非接触磁耦合光纤光栅位移传感器
系统实现
基于啁啾光纤光栅的温度自补偿位移传感器
双三角形悬臂梁传感器结构示意图
系统实现
温度自补偿位移传感器系统结构图
具有温度补偿的光纤位移传感器
应用举例
边坡监测
应用举例
应用举例
将光纤光栅位移传感器进行组网后可以方便地对边 坡的不安全点、软弱面和滑体进行实时监测
1 neff 2 P 1 P 12 P 11 e 2
ε为轴向应力，μ是纤芯材料泊松比，P11、P12是弹光系 数。 Pe 为有效弹光系数
光栅的周期相对变化率和光栅段的物理长度的相对 变化率是一致的
L LBຫໍສະໝຸດ B 1 Pe
双悬臂梁式光纤Bragg光栅位移传感器
双悬臂梁式光纤Bragg光栅位移传感器
李伟; 李川
【期刊名称】《《微计算机信息》》
【年(卷),期】2011(027)009
【摘要】位移测量装置利用测量杆通过楔形块作用在固定于底座的等强度悬臂梁上,其中,光纤Bragg光栅粘贴于其中一块等强度悬臂梁外表面的中心线处。
在测量中,当测量杆产生位移时,会带动楔形块产生相应的位移,并促使等强度悬臂梁的自由端产生扰度变化,从而导致粘贴于等强度悬臂梁外表面的光纤Bragg光栅产生波长移位。
实验表明,当位移增加或者减少时,位于中心测点的光纤Bragg光栅的实验灵敏度分别为正行程0.015nm/mm,反行程为0.014nm/mm,重复性误差为2.2%;正行程的线性度为0.99728,反行程的线性度为0.99684,迟滞为0.0626%FS。
【总页数】3页(P52-53,67)
【作者】李伟; 李川
【作者单位】650500 云南昆明昆明理工大学信息工程与自动化学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP212.14
【相关文献】
1.扭转梁式双光纤Bragg光栅加速度传感器的设计与有限元分析 [J], 王海林;刘爱莲;姚敏;赵振刚;杨秀梅;李川
2.基于光纤Bragg光栅的悬臂梁式力检测系统 [J], 茶映鹏;李恩旻;彭星玲;张华
3.双悬臂梁式光纤Bragg光栅位移传感器 [J], 李伟; 李川
4.双悬臂梁结构的光纤光栅位移传感器设计 [J], 梁玉娇;娄小平;孟凡勇;闫光;祝连庆
5.双悬臂梁光纤Bragg光栅应力传感器 [J], 刘钦朋;乔学光;贾振安;王向宇;李婷因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
FBG光纤光栅的应变和温度传感特性研究与实验验证
光纤光栅的应力和温度传感特性研究 (1)一光纤光栅传感器理论基础 (1)1 光纤光栅应力测量 (1)2 光纤光栅温度测量 (2)3 光纤光栅压力测量 (3)二光纤光栅传感器增敏与封装 (4)1 光纤光栅的应力增敏 (4)2 光纤光栅的温度增敏 (5)3 光纤光栅的温度减敏 (5)4 嵌入式敏化与封装 (6)5 粘敷式敏化与封装 (7)三光纤光栅传感器交叉敏感问题及其解决方法 (9)1 参考光纤光栅法 (10)2 双光栅矩阵运算法 (10)3 FBG与LPFG混合法 (11)4 不同包层直径熔接法 (12)5 啁啾光栅法 (12)光纤光栅的应力和温度传感特性研究一光纤光栅传感器理论基础1 光纤光栅应力测量由耦合模理论可知，光纤布拉格光栅(FBG)的中心反射波长为：2B eff n λ=Λ (1)式中：eff n 为导模的有效折射率，Λ为光栅的固有周期。
当波长满足布拉格条件式(1)时，入射光将被光纤光栅反射回去。
由公式(1)可知，光纤光栅的中心反射波长B λ随eff n 和Λ的改变而改变。
FBG 对于应力和温度都是很敏感的，应力通过弹光效应和光纤光栅周期Λ的变化来影响B λ，温度则是通过热光效应和热胀效应来影响B λ。
当光纤光栅仅受应力作用时，光纤光栅的折射率和周期发生变化，引起中心反射波长B λ移动，因此有：eff BB effn n λλ∆∆∆Λ=+Λ (2) 式中：eff n ∆为折射率的变化，∆Λ为光栅周期的变化。
光栅产生应力时的折射率变化：()21211112effeff e effn n P P P n μμεε∆=---=-⎡⎤⎣⎦ (3) 式中： ()21211112e eff P n P P μμ=--⎡⎤⎣⎦ (4) ε是轴向应力，μ是纤芯材料的泊松比，11P 、12P 是弹光系数，e P 是有效弹光系数。
假设光纤光栅是绝对均匀的，也就是说，光栅的周期相对变化率和光栅段的物理长度的相对变化率是一致的。
基于光纤光栅传感器温度补偿的低温应变测量方法研究
基于光纤光栅传感器温度补偿的低温应变测量方法研究文章标题：基于光纤光栅传感器温度补偿的低温应变测量方法研究一、引言基于光纤光栅传感器的低温应变测量方法在航空航天、军事装备、核能设施等领域具有重要的应用价值。
然而，在低温环境下，光纤光栅传感器的温度特性可能会对应变测量结果产生较大的影响，因此需要进行温度补偿处理。
本文将就基于光纤光栅传感器温度补偿的低温应变测量方法展开深入探讨。
二、光纤光栅传感器原理及其在低温应变测量中的应用光纤光栅传感器是一种利用光纤中的光栅结构对光信号进行调制和检测的传感器，其原理是通过测量光栅结构的变化来实现对应变的监测。
在低温应变测量中，由于光纤光栅传感器的高灵敏度和免受电磁干扰的特点，被广泛应用于低温环境下的应变监测。
三、光纤光栅传感器温度特性对低温应变测量的影响在低温环境下，光纤光栅传感器的温度特性会对其测量结果产生影响。
低温会导致光纤光栅传感器的本征特性发生变化，影响其对应变的响应；另低温环境中的温度梯度和热应力也会对光纤光栅传感器的性能造成影响。
对光纤光栅传感器的温度特性进行准确补偿，是确保低温应变测量准确性的关键。
四、基于光纤光栅传感器的温度补偿算法研究针对光纤光栅传感器在低温环境下的温度补偿问题，研究人员提出了多种温度补偿算法。
其中，采用光纤光栅传感器自身的温度响应特性进行建模，并结合温度传感器对光纤光栅传感器进行实时温度补偿是一种较为常见的方法。
还有基于信号处理和数据分析的温度补偿算法，通过对原始数据进行处理和分析，消除温度对测量结果的影响。
五、研究现状及发展趋势目前，基于光纤光栅传感器温度补偿的低温应变测量方法已经取得了一定的进展，但仍存在一些问题和挑战。
对光纤光栅传感器温度特性的建模和补偿算法的精度有待进一步提高，对温度梯度和热应力的影响机制还需深入研究。
未来，随着光纤光栅传感器技术的不断发展和完善，基于光纤光栅传感器的低温应变测量方法将更加准确和可靠。
六、个人观点及总结在本文的研究过程中，笔者认为基于光纤光栅传感器的低温应变测量方法具有重要的理论和应用意义。
温度补偿型光纤光栅位移传感器
温度补偿型光纤光栅位移传感器田晓丹;张会新;刘文怡;范军刚【摘要】基于等腰三角形悬臂梁和双光纤光栅结构设计并制造了一种高分辨率、温度自补偿的光纤位移传感器。
采用光谱分析法对测量结果进行解调，常温下的实验结果表明，传感器的量程为0~70 mm，灵敏度为21.9 pm/mm，线性拟合度高达0.999，重复性误差为4.72%FS，迟滞误差为2.70%FS。
而且在0~60℃温度范围内的零漂为0.41 pm/℃，温度性能良好。
该传感器能很好的应用于水利水电工程、工业与民用建筑等结构上裂缝或接缝开合度的长期监测。
%Based on isosceles triangle cantilever beam and double fiber Bragg grating structure,a kind of tempera⁃ture self-compensated fiber optic displacement sensor with high resolution is designed and manufactured. The mea⁃surement result is demodulated by spectrum analysis method. The experimental results under the normal tempera⁃ture environment show that,the range of the sensor is 0~70 mm,the sensitivity is 21.9pm/mm,the degree of linear fitting is as high as 0.999,the repeatability error is 4.72%FS and the hysteresis error is 2.70%FS. In the tempera⁃ture range from 0℃to 60℃,the zero drift is 0.41 pm/℃,so temperature performance is good. The sensor can be well applied in long-term monitoring of the cracks or seam open degree in the water conservancy and hydropower en⁃gineering,industrial and civil buildings.【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2016(039)003【总页数】5页(P576-580)【关键词】传感器;温度补偿;光谱;悬臂梁;光纤光栅;位移【作者】田晓丹;张会新;刘文怡;范军刚【作者单位】中北大学电子测试技术重点实验室，太原030051; 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原030051;中北大学电子测试技术重点实验室，太原030051; 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原030051;中北大学电子测试技术重点实验室，太原030051; 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原030051;中北大学仪器与电子学院，太原030051【正文语种】中文【中图分类】TP212.1水利水电工程、工业与民用建筑等结构经过长时间的使用或受到恶劣环境的影响后，自然而然地会产生裂缝或接缝开合，可能会给实际的使用带来严重的危害，因此需要适宜的位移传感器对这些结构的裂缝和接缝开合度进行长期的监测，以保障工厂的顺利运行及人员的人身安全。
悬臂梁中对布拉格光栅应变传感的温度补偿研究
以来 ， 是发展最 为迅速 的光 纤无 源 器件 之一 。因为
布拉格光纤光栅抗 电磁 干扰、 绝缘性好 、 耐腐蚀性
高 、 敏 度高 以及稳 定 性 良好 ， 以它 显 示 了在 光 灵 所 纤 通讯和 光纤传 感上 的巨大 的潜力 。 基 于光纤 布拉格光 栅 的传感 器 ， 其传 感 过程 是 通 过外 界参量 对 布 拉格 光 栅 中心 波长 的调 制 来 实
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２ ｏ 年２ ｏ８ 月
繁２ 期
虐 子 测 斌
Ｅ ＣＴ ＬＥ Ｒ０Ｎｌ Ｔ Ｔ ｃ Ｅｓ
Ｆｅ ２ ８ ｂ ０Ｏ
Ｎｏ． ２
悬臂 梁 中对 布拉 格 光 栅应 变传 感 的温度 补偿 研 究
胡 纪 平 ，吕乃 光
（ 北京信息科技 大学理学 院 北京 １０ ８ ） ００ ５
现 的 ， 于 波 长 调 制 型 传 感 器 ， 具 有 以下 明 显 属 它
０ 引
言
优点 ：
（） １ 多个不 同型 的传感 器可 以在一条 光纤 上
光 纤布拉格 光 栅 自从 ２ ０世 纪 ７ ０年 代 末 出现
串接复 用 ， 成 传 感器 阵 列 ， 现 多参 量 的 准分 布 构 实
影响；
屯 蚤 基！基
ＥＬ ＣＴＲ Ｅ ＯＮＩ ＴＥ Ｃ ＳＴ
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设计与研发
（ ） 点无 漂移 、 期稳 定 、 对 量测 量 、 ４零 长 绝 系统 安装 及长 期使用过 程 中无 需定标 ；
２０ ０８ ２
出应变和温度所分 别引起 的被测量 的变化 ， 在实 因此 际应用中必须采取措施进行补偿或区分 。
Ａｂｓｒ ｃ ：Ｉ ｈ ｓｐ ｐ ｒ ｉ ｓ ｙ ｔ ｅ ｆ ｎｄ ｍｅ ｔｌｐ ｎ ｉ ｌ ｆｆｂ ｒＢｒ ｇ ｒｔｎ ｅ ｓｎ ｎ ｈ ｏ ｒ — ｔ ａ ｔ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ，ｆ ｔ ｈ ｕ ａ ｎ ａ ｒ ｃ ｐ ｅｏ ｅ ａ ｇ ｇ ａ ｉｇ ｓ ｎ ｉ ｇ ａ ｄ ｔｅ ｃ ｒｅ ｒｌ ｉ ｉ ｌｔ ｎ ｅ ｕ ｔｏ ｅｗｅ ｎ ｗａ ｅｅ ｇｈ ｃ ｎ ｅ ｏ ｈ ｅ ｓ ｒ ｎ ｉｏ ｍｅ ｔｌｔ ｍｐ ｒｔ ｒ ｎ ｔａｎ ｃ ａ ｇ ａ ｉ ｑ ａ ｉｎ ｂ ｔ ｅ ｖ ｌ ｎ ｔ ｈａ ｇ ｆｔ ｅ ｓ ｎ ｏ ，ｅ ｖ ｒ ｎ ｎａ ｅ ｅ ａｕ ｅ ａ ｄ ｓｒ ｉ ｈ ｎ ｅ ｏ
非等厚悬臂梁结构的光纤光栅压力和温度双参量传感器
出了多种传感方案 ． 本文在此基础上设计 了非等厚结构的悬梁臂 ， 将普通 Ｆ Ｇ刚性粘接于其上表 Ｂ 面， 构成 了同时测定温度和应变的光栅传感装置 ， 实现了单光栅应力和温度双参量 的同时测量． 该系统 结构简单 ， 当外界压力给悬臂梁施加应力时 ， 粘贴在悬臂梁上表面的光栅受到拉伸 ， 引起该光纤光栅反 射谱产生双峰和反射谱漂移． 随着施加应力的增大， 双峰间距也产生变化． 通过对反射谱漂移量和峰值
ｔ ｎ ｉ ｏ
Ｏ 引 言
近年来 ， 光纤光栅 （ ｂｒ ｒ ｇｇ ｔｇ Ｆ Ｇ 作为一种新型灵巧 的传感元件 ， ｆ ｅ Ｂａ ａｎ ， Ｂ ） ｉ ｇ ｒｉ 因其具有易于管线连
收 文 日期 ：０ １ ９２ ； 订 日期 ：０ ｌ１ －９ ２ １ ￣ －１修 ０ ２ １ ・２２
『 Ａ／ ０： ［Ｆ １一Ｐ ） （ ） （／）＋［ ＋ △ １Ａ ６（ 。／ 口 ］ ｅｚ （ ）＋（ １一Ｐ ） 。 ） Ｔ ， ＜戈 ＜ｄ ， 。（ ｂ— Ａ ］０ ； 、
基金项 目 ： 浙江省 自然科学基金资助项 目（ １０ ２ ） 浙江省金华市科技计划项 目（０ ９１０２） Ｙ１０ ５４ ； ２ ０ —－９ 作者简 介 ： 吴浩伟 （９ ４ ， ， １８ 一） 男 江苏盐城人 。 硕士研究生． 研究方向 ： 光电检测等 ． 通信作者 ： 应朝福． － ａｌ ｉｇ ｊｕ ｃ Ｅ ｍ ｉ ｎ ＠ｚｎ ．ａ ：ｙ
温度和应变引起的 Ｂａｇ ｒ 波长的漂移可表示为 ｇ
Ａ ／ Ｂ： （ ＡＡ １一Ｐ ） ８＋（ ＋ △ ） （） ２
式 （） ： ２ 中 为 Ｆ Ｇ轴 向应 变 ； 为温 度变 化量 ； Ｂ △ 尸 为有效 弹 光 系数 ； 分别 为 Ｆ Ｇ 的热 膨 胀 系数 和 ， Ｂ 热 光 系数． 于纯 熔石 英光纤 ＿ 取 ｐ ＝０２ ， ＝ ． 对 】 ， ．２ ０５×１ ／ｏ ＝６７×１ ／℃． Ｆ Ｇ被粘 贴 于 ０一 Ｃ， ． ０ 当 Ｂ 基底 材料 上 时 ， 底材 料 的变形 和 热膨 胀都 会 传递 到 Ｆ Ｇ上 ， 基 Ｂ 引起 Ｂａｇ波长 发 生漂 移． 用 ｒｇ 若 基底 材料 的热 膨胀 系数 ， 此 时 Ｆ Ｇ的 Ｂａｇ波长相 对偏 移量 与应变 及 温度 的关 系可表 示为 则 Ｂ ｒｇ 表示
应用光纤布拉格光栅监测悬臂梁的变形
０ 引言
工 程中结构的变形监测是非常 重要的 ， 因为这 关 系到结构 的 安全性 和可靠性… 。传统 的监 测方 法是 利用 电阻应 变 片测量 结 构 的应 变 ， 但是 这种方法 的缺 点是易受温度 、 电场 、 磁场 等环境 的影 响而使 监测 的结果 变得 不够 精确 。而应 用新 型 的光 纤传 感
用下发生弯 曲变形时产生 的应变 。
图 １ 基本 的光纤光栅传感原理
１ 光纤布 拉 格光栅 （ ｒｇ ａｉｇ 传 感 器 的原 理 ［ Ｂ ａ ｇＧｒｔ ） ｎ ３ 引
Ｆ Ｇ传感器对被 测量 的检测 是通 过测 量 型非线 性作用传感器 ， Ｊ其 而实现 的 ， 光栅 布拉格波长为 Ａ 。当宽谱 光源入 射到光 纤 中 ， 光
器进行 监测 可克服以上的缺点 。 本文 即采用光纤布 拉格光 栅 传感器 来监 测悬 臂梁 在 载荷 作
传感 原理如图 １ 所示 。
ｆ＾谱 ．射 ］＼ ／ 入 光
，
波长变化
、 ／ ＼ ．
Ｌ ———
Ａ
１ 宽带光源 卜—］）————— ＿ （ ｌ 波长监控 Ｉ
：
波长监控 Ｉ
ｂ
的今 天 ， 现浇混凝 土空心楼盖技术 可以帮助 我们用更 加低廉 的成 本建 造出更加符 合个性 化及 人性 化 的建筑 。笔 者相 信 随着 现浇 混凝 土空心楼盖技术越来越 多的被应用 到我 国的建筑行 业 ， 现浇 混凝 土空心楼盖技术还会有更进 一步 的完善和发 展 ， 其发展 前景
随着建筑技术 的进 步以及 建筑观念 的转变 ， 中国建筑关 注 的 焦点 从原本简单 的居住 结构 逐渐 集 中在个 性化及 人 性化 。现浇 混凝 土空心楼盖技 术 的出现 满足 了现 代人 对于 建筑 的需求 。与 传统建筑 结构相 比， 现浇混凝土空心楼 盖具有 自重 轻 ， 度大 ， 跨 节
悬臂梁结构光纤光栅电流传感器的优化
长变 化差 分方 式建 立 电流大 小与 光栅 波长 变 化之 间 的关 系 ， 在 提 高 测量 灵 敏 度 的 同时 消 除 了 温 度
对测 量结 果 的影 响 。
应 的光学 电 流传 感 器 、 光 纤 光 栅 电 流 传感 器 以及
采用 光纤 作 为 信 号 传 输 媒 介 的 Ｒ ｏ ｇ ｏ ｗ ｓ ｋ ｉ 线 圈式 电流传 感 器 。随着光纤技术 的发展 ， 光 纤 布
晓 瞻通过 在 光纤光 栅 表面镀 金 的方式 增 加 了它 的 导 电性 和 传 热 性 ， 实 现 了对 ０～４ ０ ｍ Ａ 电流 的 测 量 ； 王东 礼 基于磁 力耦 合 原理 ， 运用 光纤 布拉 格
光栅 与 弹性 元件 相 结 合 作 为 传 感 元件 ， 实 现 了对 直 导线 大 电流 的测 量 ； 王 莉将 超 磁致 伸 缩 材料 与 光纤 光栅 相 结合 ， 通 过 建 立超 磁 致 伸 缩 材 料 磁
作 者简 介 ： 姜 明月 （ １ ９ ９ １ ． ） ， 硕士研究生 ， 研究 方 向 为 光 纤 检 测 技 术 。 联 系 人： 姜 明顺 （ １ ９ ８ １ 一 ） ， 副教授 ， 研 究 方 向为 新 型 检 测 技 术 、 光 电子技 术 、 光纤 传感 技术 与应用 ， ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｍｉ ｎ ｇ ｓ ｈ ｕ ｎ ＠
ｓ ｄｕ ．ｅ ｄ ｕ． ｃ ｎ。
第 ４期
姜明月等． 悬 臂 梁 结 构 光 纤 光 栅 电流 传 感 器 的 优 化
３ ７ ３
置位 置磁 场 强度 曰与 线 圈 中 的 电流 ， （ 即被 测 电 流） 的关 系为 ：
一
热 一力 耦合 特 性 的非线 性 模 型 ， 实 现 了对 交 流
具有温度自补偿功能的新型光纤光栅应变传感器的研究
２ Ｓｒｃｕａ ａｈＭｏ ｉ ｒ ｇａ ｄＣ ｎｒｌｎｔ ｕｅ ｈ ｉ ｈ ａｇＲ ｉ ｙＩ ｔｕｅ Ｓ ｉａｈ ａ ｇ０ ０ ４ ，Ｃ ｉ ） ． ｔ ｔｒｌ ｔ ｎｔ ｉ ｏ ｔ ｓｉ ｔ，Ｓ ｉａ ｕｎ ａｗａ ｎ ｉ ｔ， ｈｊｚ ｕｎ ５ ０ ３ ｈｎ ｕ Ｈｅ ｏｎ ｎ ｏＩ ｔ ｊｚ ｌ ｓ ｔ ｉ ａ
摘要： 分析 了光纤光 栅的温度应变 交叉 敏感 的机理 ， 计并制作 了一种新 型的具有温 度补偿和应 变增敏 效果 的 设 光纤 布拉格 光栅应变 传感 器 ． 实验结 果表 明， 一１ ～５ 在 ０ ０℃ 的温度变 化范 围 内， 传感 器实现 了 良好 的温 度补偿 和应变增敏效果 ， 温度敏感性 降低至封装前 的 １ １ ， ／ ０ 应变敏感性增 至原来 的 １ １ ． ．７倍 关键词 ： 光纤光栅 ； 变传感器 ；温度补偿 ；应变增敏 应
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第 ６卷第 １ 期 ２０ ０ ８年 ３月
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具 有 温 度 自补 偿 功 能 的新 型 光 纤 光栅 应 变 传 感器 的研 究
杜彦 良 ， 一 刘晨 曦 ， ， 李剑 芝 一 ， ２
（． １河北省大型结构健康 诊断与控制重点实验室 ， 河北 石家庄 ００４ ； ５ ０ ３ ２ 河北省石家庄铁道学 院 大型结构健康诊断与控制研究所 ， ． 河北 石家庄 ０ ０４ ） ５ ０ ３
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悬臂梁结构光纤光栅温度自补偿位移传感器实验研究
摘要：以悬臂梁为基本构架，以FBG 为敏感元件，设计了一种新型的具
有温度自补偿特性的FBG 位移传感器方案。
对悬臂梁进行分析，推导出位移
传感器的传递函数，然后对其定标并实际测量，得到了传感器线性度和灵敏度同悬臂梁长度以及光纤布拉格光栅的位置之间的关系，并从结果看出本传感器精度高，运行稳定，且有好的重复性，线性范围最大为16mm。
关键词：光纤光栅；悬臂梁；位移传感器；传递函数；温度自补偿0 引言自从1978 年K．O．Hill 等人首次在锗硅光纤上用驻波持续曝光制作成第一个光纤布拉格光栅(FBG)以来，FBG 的应用研究引起了全世界学者的广泛关注。
光纤光栅传感器的材料优势及传感优势使FBG 传感技术近年来引起人们极大的兴趣。
在光
纤光栅传感方案中，温度补偿的准确性和可靠性对测量结果的准确性有非常大的影响，要做到合理准确又有效的温度补偿，只能通过单个传感器的温度自补偿来实现。
本文在FBG 的传感机理上，依据悬臂粱结构提出一种位移传感器
方案，此方案结构简单、运行稳定，且能够实现温度补偿与减小外界干扰的作用，获得较高的灵敏度。
1 原理基本结构原理为，图1 为矩形悬臂梁基本结构，粱长为L，梁轴线的曲率为p(η)，梁的轴线称为挠度线，则曲线上任
一点η处在外力F 作用下的纵坐标f(η)即为该点的挠度，传振原理为，当自由端有静挠度y 时，距离固定端为的截面处的静挠度f(η)：式中，εz 为轴向应变，Pe 为弹光系数，a∧为光纤的热膨胀系数，a0 表示热光系数，△T 温度的变化量。
温度自补偿原理为，当采用双光栅差分式分布在梁上下表面时，两根光栅中心波长的变化方向是相反的。
两根光栅封装方式完全一样，热膨胀系数与热光系数均相同，长度一致，且两者应变等幅反向，即有：故由两根光栅分别满足式(2)，同时具有(3)(4)两式所示条件，可以。