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光纤电场传感器的有限元分析

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传感器有限元分析

传感器有限元分析

（a): Fx 作用下，Y向弹性梁侧面①、②受压，侧面③、④受拉；
（b）： Fz 作用下，十字梁上表面⑤、⑥受压，下表面⑦、⑧受拉； （c）： M z 作用下，Y向弹性梁侧面①、③受压，侧面②、④受拉。 由图可知，弹性梁与中心台连接部位附近表面的应变较大。
动态分析
对整个有限元模型进行模态分析，得到弹性体固有频率与 振动模型，前6阶固有频率和振型特征结果如下： 1阶频率：1268.4Hz，沿x轴的平动，Y向弹性梁弯曲较大； 2阶频率：1268.9Hz，沿y轴的平动，X向弹性梁弯曲较大；
ห้องสมุดไป่ตู้
施加载荷并求解
1、浮动梁的底面是固定在传感器外壳上的，它们之间可 以认为是刚性连接，将这4个面的全部自由度设置为零。 2、施加集中力/力矩
根据传感器的测力要求与实际受力情况，可以确定4种 典型的受力工况：
① 作用于轴顶部x方向的集中力 ② 作用于轴顶部y方向的集中力 ③ 作用于轴顶部z方向的集中力
四维腕力传感器弹性体的有限元分析
腕力传感器
腕力传感器是机器人力控制系统中最重要的传感器之一， 将它安装在机器人操作手腕，可以用来感知操作手与外部 环境的接触力，多维腕力传感器要求各个方向的灵敏度高， 维间耦合小，具有良好的静、动态特性。腕力传感器的核 心部件为弹性体，弹性体的设计好坏直接影响到传感器的 各项指标。 新弹性体结构的机器人四维腕力传感器可以同时检测三 维空间坐标x、y、z三个方向的力和z方向的力矩。为研 究该新型传感器的力学性能，尤其是作为应变式传感器 核心部件的弹性体的性能，采用有限元软件对它的弹性 体进行有限元分析。
3阶频率：2591.1Hz，沿z轴的平动，弹性梁弯曲较大；
4阶频率：3586.8Hz，绕x轴的转动； 5阶频率：3589.8Hz，绕y轴的转动； 6阶频率：4693.9Hz，绕z轴的转动。 腕力传感器是低通型传感器，一般可由第一阶固有频率的 2/3来确定其工作带宽，所以估算该传感器的工作带宽为0850Hz

基于光纤的测量瞬态电场的球形传感器_李清泉

基于光纤的测量瞬态电场的球形传感器_李清泉
[ 4] 管喜康 .光纤技术在电工领域中的应用[ M] .北京 :水利电力 出 版社 , 1992 .35 -37 .
个分片在球内加以连接 。 2 测量方法的基本理论
球形电场传感器从结构上说是一个电 容式探
头 。 它的物理基础是麦克斯韦第一方程 , 即
rot H
=J
+
D t
,
(1)
式中 H 为磁场强度 ;J 为电流密度 ;D 为电位移 ;
t 为 时间 。
式(1)的微分形式表示磁场强度 H 的旋度是由
电流密度 J
=γ· E 和电位移
D t
=ε
E t
组成
, 其中
γ为电导率 ;ε为介电常数 。电容器 CM 上的电压即
测量电压为
∫ UM
=1 CM
iMdt
,
∫ 式中 积分 iM dt 是电容器 CM 上的电荷 。
电容为 C = Q/ U , 因此这个电容器上的电荷
为
∫ Q = D d A = C · U , 其中 A 为面积 。 A
and Ey-component
如果同时使用两个球形传感器 , 通过测出已知 距离的两个点上相同的放电现象出现的时间间隔 , 还可以确定出棒 -板间隙放电的发展速度 。 6 结 论
由麦克斯韦第一方程导出了电场传感器的测量 方法的基本原理和测量过程的物理原理 , 对一 、二 、 三维电场探头的结构及测量误差作了分析 , 并介绍 了传感器测量系统及其应用 。用这种传感器在一定 的限制内可以测量任何时变电场 。这种传感器为改 善高压电场的测量提供了一种重要的手段 , 也为我 们进一步研制测量瞬变电场的球形传感器提供了理 论依据及试验基础 。 参考文献:
由关系式 D = εE , 可得电场强度 E 为

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

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

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王海林;刘爱莲;姚敏;赵振刚;杨秀梅;李川【摘要】设计一种新型扭转梁式双光纤Bragg光栅加速度传感器,该传感器由扭转梁、扭转圆盘、质量块和光纤Bragg光栅组成,质量块受力带动扭转梁发生扭转变形,扭转圆盘将扭转梁的扭转变形放大到光纤光栅,通过检测光纤Bragg光栅中心波长的变化量即可检测出被测加速度信号.对已知传感器模型进行有限元分析,根据分析结果进行优化设计,确定最优方案.仿真结果显示:该传感器的固有频率为872.99Hz,灵敏度为16.118pm/(m/s2).该传感器克服了传统梁式光纤光栅传感器固有频率与灵敏度相互矛盾的现象,即在一定固有频率的基础上,可以通过增大扭转圆盘半径来放大传感器的灵敏度,因此该传感器可以实现对较高频率加速度信号的检测.【期刊名称】《化工自动化及仪表》【年(卷),期】2019(046)005【总页数】6页(P389-393,405)【关键词】加速度传感器;加速度信号检测;高频率;光纤Bragg光栅;波分复用技术;分布式测量扭转梁;灵敏度【作者】王海林;刘爱莲;姚敏;赵振刚;杨秀梅;李川【作者单位】昆明理工大学信息工程与自动化学院;昆明理工大学信息工程与自动化学院;昆明理工大学信息工程与自动化学院;昆明理工大学信息工程与自动化学院;昆明理工大学信息工程与自动化学院;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】TH822随着传感器技术日新月异的发展，加速度传感器的相关应用和研究引起了国内外科研人员的浓厚兴趣，加速度传感器的制造和应用技术正逐渐向小型化、集成化及智能化等方向发展，只有不断研制高性能的加速度传感器才能满足当前自动化测量与振动高精度测试的需求[1，2]。

其中，光纤光栅加速度传感器以其测量信号不受光源起伏、光纤弯曲损耗、连接损耗及探测器老化等因素的影响，避免一般干涉型传感器中相位测量的不清晰和对固有参考点的需要，能方便地使用波分复用技术在一根光纤中串接多个Bragg光栅进行分布式测量等优点，受到了世界范围内的广泛重视，并且取得了持续和快速的发展[3，4]。

基于ANSYS有限元法的电导率传感器分析

基于ANSYS有限元法的电导率传感器分析

建立有限元模型、 定义材料属性、 网格划分、 设置边界条件、 加载和求解等， 得到了溶液电导率分别与传感 器电感和电容之间的关系 。利用该传感器对几种已知电导率溶液进行了测试， 结果显示其测量的最大相 从而证明所提出的传感器测量方法不仅测量精度可行， 还提高了测量的冗余度和可靠 对误差为 0． 64 % ， 性， 具有很高的商业应用价值 。 关键词： 电导率传感器； 有限元法； 电容； 电感； 非接触检测 中图分类号： P 212 文献标识码： A 文章编号： 1000 —9787 （ 2014 ） 04 —0065 —03
［8 ］
1． 2
电感测量方式
被测溶液是电解液， 具有导电性， 因此， 当线圈通以高
频交变的电流激励时， 在线圈的周围就产生了交变磁场， 电 解液在该磁场范围内， 在电解液中便产生了涡流， 该涡流产 生的反磁场又会抵削部分原磁场， 就造成线圈电感量发生 变化。线圈的电感随着被测溶液电导率的变化而改变， 电 感和电导率之间的函数关系同样可用实验的方法回归分析 从而电导率信息被评价 。 它们之间的关系可用如下 得到， 的二次多项式来拟合 D （ L ） = α0 + α1 L + α2 L
［4 ］
。 由于这一类传感器弥
补了传统测量方法的不足， 得到了广泛的应用。
收稿日期： 2013 —09 —30 * 基金项目： 国家自然科学基金项目资助 （ 51176016 ）
66
传 感 器 与 微 系 统 式中
第 33 卷
D 为被测电解液的电导率， L 为线圈的电感， α0 ， α1 ，
1， α2 为系数。 它们也可利用各种已知电导率 D k （ k = 0 ， 2， …，n） 的电解液及其对应被测电感值 L k （ k = 0 ， 1， 2， …， n） 之间的实验数据库回归分析， 具体可由和上述类似的最 小二乘曲线拟合方法计算得到 。 2 ANSYS 有限元分析 ANSYS 软件可以进行各种分析， 例如： 结构分析、 流体 分析、 电场分析、 磁场分析、 声场分析等

光纤传感技术在风电场运行监测中的应用研究

光纤传感技术在风电场运行监测中的应用研究

光纤传感技术在风电场运行监测中的应用研究随着科技的发展和经济的进一步发展，人们对风能的使用和经济效益的要求越来越高。

近年来，风电场作为清洁能源发电的主要领域之一，其扩建速度快速，装机容量不断增加。

针对风电场的运行监测和维护成为一个重要的问题，如何提高风电场的设备运行效率和安全，是当今风能行业的重要研究方向。

本文将介绍一种新型的传感技术——光纤传感技术，及其在风电场运行监测中的应用研究。

一、光纤传感技术的基础光纤传感技术是一种目前非常流行的新兴技术。

它的基本原理是通过对射入光纤的光线进行多种特定分析，可以实现对光纤周围环境信息的检测和传输。

与传统的传感技术相比，光纤传感技术具有极高的抗干扰性和高灵敏度。

并且光纤本身可以被视为一种非常好的传感器信道，能够实现与电气信号相比不同的信号传输方法，从而实现高精度传感和测量。

二、光纤传感技术在风电场的应用研究2.1 气象参数监测风能发电的产生及其效率直接受风速、温度、气压、空气密度等气象参数的影响。

在风电场的运行监测中，气象参数的应用十分广泛。

传统的气象参数监测技术一般使用的是气象站的方法。

但是，这种方法不充分考虑到风电站的特殊环境，其精度和可靠性都有一定的局限性。

在此背景下，光纤传感技术在气象参数监测中得到了广泛的应用。

利用光纤传感器可以实现对风速、温度、气压等参数的精确定位和高精度测量，并通过相应的算法处理数据进行整合和分析，为风电场提供高精度的气象参数监测数据。

2.2 沃尔姆传感技术沃姆传感技术是一种比较先进的光纤传感技术。

它利用独特的光路修正、位移和力学传感技术，可以对动态负载信息进行连续监控和记录。

光纤传感器及其数据分析技术为复杂机械系统的监测和控制提供了新思路。

在风电场的运行监测中，沃姆传感技术可以提供高精度和高灵敏度的动态负载监测。

这对风电场的维修和修复工作都有很大的帮助，可以提前发现和防止故障的发生，提高发电效率。

2.3 光纤陀螺光纤陀螺是一种基于光纤传感技术的高精度惯性陀螺。

基于有限元分析的电容式孔径测量传感器的设计方法

基于有限元分析的电容式孔径测量传感器的设计方法

基于有限元分析的电容式孔径测量传感器的设计方法
叶树亮;王克奇
【期刊名称】《现代测量与实验室管理》
【年(卷),期】2003(011)006
【摘要】孔径测量是测量领学模型,利用有限元法对不同半径的测头和被测件之间形成的三维电场和电容进行了分析、计算,得出了位移-电容的输出特性曲线,最后给出了传感器测头设计的方案.
【总页数】3页(P9-10,47)
【作者】叶树亮;王克奇
【作者单位】东北林业大学,哈尔滨,150040;东北林业大学,哈尔滨,150040
【正文语种】中文
【中图分类】TB921
【相关文献】
1.基于碳纤维复合材料的电容式燃油油位测量传感器 [J], 肖凝;樊玉铭
2.基于线性调频信号的综合脉冲与孔径雷达波形设计方法 [J], 赵永波;水鹏朗;刘宏伟;董玫
3.基于能力的无人机合成孔径雷达飞行试验设计方法 [J], 隋静;赵杨;于天超
4.基于能力的无人机合成孔径雷达飞行试验设计方法 [J], 隋静; 赵杨; 于天超
5.基于CYPRESS 8C21X34系列电容式芯片的洗衣机触控按键设计方法及测试标准 [J], 金乃庆
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光纤电场传感器的有限元分析

光纤电场传感器的有限元分析

０ 引 言
电场 传 感 器 由单 模 光纤 充 当 电场 传 感 元 件 ， 该
１ Ｆ Ａ 模 拟 Ｅ
图 １示 出 了光 纤 电 场 传 感 器 的 结 构 以 及 压 电 Ｐ ＶＤＦ（ 聚偏 氟 乙烯 ） 套 的偶 极 子方 向 。图 ２中 的 护
光 纤带 有 一个 横 向行进 的压 电聚 合物 护套 。将该 光
纤 放 人平 行 金 属 电极 之 间施 加 电压 ， 金 属 电极 之 在
网状 结 构表 示 的是 光纤 和 聚合 物 护套 组合 材 料 的横
截 面 （ 其 一 半 ） 单 模 光 纤 的包 层 直 径 为 １ ５ ｍ， 取 ， ２ｐ 压 电护 套厚 度 为 ５ ｐ ０ ｍ。在 轴 向对 称 负荷状 况 下 ， 通 常 可 采 用 二 维 非 对 称 元 素 给 出一 个 合 适 的 网 状 方
周 涛
（ 汉 理 Ｔ 大 学 机 电学 院 ． 北 武 汉 ４ ０ ７ ） 武 湖 ３ ０ ０
［ 摘 要］ 介绍 了具有 压 电聚合物护 套的 光纤 电场传感 器的有 限元 分析 ． 这种光 纤 电场 传感 器能 响应 １ ０ ０ Ｈｚ
至 ５ ＭＨ ０ 的频 率 。 用 有 限 元 分 析 可 以 预 知 低 频 段 （ 向 非 约 束 ）． １ｒｄ （ ・ｍ） 相 位 偏 移 和 在 高 频 段 （ 向 约 采 轴 Ｏ ０ ９ａ ／Ｖ 的 轴 束 ） ． ×１ ￣ ｄ （ ・ ） 相 位 偏 移 。 ８２ ０ ｒ ／Ｖ ｍ 的 ａ 当频 率 高 于 ７ Ｈ Ｍ ｚ时 ． 光学 响 应 主 要 是 光 纤 和 聚 合 物 护 套 组 合 材 料 的 径 向 谐 振 。模 拟 预 测 的 谐 振 尖 峰 和 合 成 理 论 推 算 出 的 谐 振 尖 峰 具 有 很 好 的 一 致 性 。

有限元分析及应用

有限元分析及应用

有限元分析及应用有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）是一种工程数值分析方法，用于解决连续介质的力学、热力学、电磁学等问题。

它通过将一个复杂的物理系统或结构划分为许多小的有限元单元，利用数值计算方法对每个单元进行分析，最终得到整个系统的行为和性能。

有限元分析的基本思想是将连续介质划分为许多离散的有限元，每个有限元内的物理量可以通过有限元模型进行近似表示。

在分析过程中，有限元法将一个复杂的整体问题转化为一组简单的局部问题，通过对局部问题进行求解，再将结果组合起来得到整体的解。

有限元方法的优点是：能够分析复杂的几何形状和材料特性、能够进行高精度的应力和应变分析、能够考虑非线性、瞬态和多物理场等问题。

有限元分析在许多工程领域中得到了广泛的应用。

在结构力学中，有限元分析可以用于求解结构的强度、刚度、振动等问题，用于优化结构设计，提高结构的性能；在热力学中，有限元分析可以用于求解传热问题，包括热传导、对流、辐射等问题，用于优化热交换器、热管、散热器等热管理设备的设计；在流体力学中，有限元分析可以用于求解流体的流动、湍流、热对流等问题，用于优化流体管道、泵、阀门等设备的设计；在电磁学中，有限元分析可以用于求解电磁场、电场、磁场等问题，用于优化电机、电磁传感器等电磁设备的设计。

有限元分析的应用具有以下优点：能够提供合理的工程模型，能够准确预测系统的行为和性能；能够对系统进行优化设计，提高系统的效率和可靠性；能够节约时间和成本，通过计算机程序可以高效地进行分析，避免了昂贵的试验和实践；能够提高工程师的分析能力和创新能力，通过分析和模拟，能够深入理解系统的本质和行为规律。

总之，有限元分析是一种有效的工程数值分析方法，可以应用于各个领域的工程问题。

通过有限元分析，可以准确地评估系统的性能，并对系统进行优化设计。

随着计算机技术和数值计算方法的不断发展，有限元分析在工程领域的应用前景将越来越广阔。

横向应力传感系统的光子晶体光纤的有限元分析

横向应力传感系统的光子晶体光纤的有限元分析
的灵敏度对石英材料杨氏模量的单一依赖性 ， 人们 试图改变光纤结构 ， 从而改变光纤在外力 作用 下 的 形变量 ， 以此来改进光纤横 向应力传感 与检测的精 度与灵敏度 ． 初步研究表 明， 当光 纤 中存 在空气 孔
纤结构采用平面板单元来建模 ． 因为是对称结 构， 建模时取 １ 结构． ／ ４
摘要 ： 了光子晶体光纤在横 向应力作用下的力学模 型 ， 建立 对不 同结构的光子 晶体光 纤的 力学特性 进行 了仿 真分析 ． 究 了 研
横向应力作用下， 光子晶体光纤的形变与结构参数的关系． 对用于横向应力传感的光子晶体光纤结构的优化设计提出了设计
建议 ．
关 键
词： 光子 晶体光纤 ； 向应 力； 横 传感与监 测 ； 限元 分析 有
作用下的应力和形变 ． 一般的检测方法是在建筑材 料内安装大量分布式应变 片或者其它应变感 受纤 维… ， １ 由于纤维材料与建筑材料构成 的复合结构能
纤型应力传感器就是光纤在外力作用下发生形变 ， 改变其模式的传输特性 ， 对传输光进行检测 即可得 到形变或者外力的变化情况 ． 光栅型应力传感器是 利用光纤光栅 （ 包括光纤布拉格光栅 Ｆ Ｇ和长周期 Ｂ 光栅 Ｌ Ｃ 的周期 （ Ｐ） 纵向 ） 或对 称性（ 向） 横 随外力改 变， 从而改变光栅 的透射谱或 反射谱 ， 实现对 外力
非常高 ． 光纤应力传感与检测技 术 已经经历 了将近 ２ ０ 年的发展 ， 目前已有多种基 于普通石英光纤 的应力 传感器的报导与商用化 ． 光纤应力传感器按照被检 测应 力的方向可分为纵 向应力传感 器和横 向应力 传感器…， 按照基本 工作原理 可 以分 为两 大类 ， 一
是光纤 型 应力 传 感 器 ， 是 光 栅 型 应 力 传 感 器 ． 二 光

基于有限元分析光子晶体光纤心得体会

基于有限元分析光子晶体光纤心得体会

基于有限元分析光子晶体光纤心得体会光子晶体光纤是当今国际上最热门的研究领域之一。

本文以光子晶体棒（不含二氧化硅）为原料，采用有限元法对其进行了力学性能测试与分析，并通过实验确定了光子晶体棒的拉伸强度、弯曲模量等物理参数。

结果表明，光子晶体棒具有良好的机械性能；同时还发现，由于光子晶体棒内部存在缺陷，因此它们的光学性质也受到影响。

所谓光子晶体光纤就是用一根光子晶体棒材作为基底，然后将若干根光子晶体棒按照一定规律排列起来构成的一种新颖的光纤。

这些光子晶体棒可以是直径很小的圆柱状或者管状，而且每两根光子晶体棒间都留出足够大的空隙，使得整条光纤的长度远比普通光纤短。

本文着重讨论了用光子晶体棒制作光子晶体光纤的几个主要步骤：准备光子晶体棒、光子晶体棒的切割和外形处理、在石英玻璃中的掺杂、光纤的成型及光纤表面处理。

首先介绍了光子晶体棒的特点，指出了利用光子晶体棒制造光子晶体光纤的优越性。

接着详细地阐述了如何选择合适尺寸的光子晶体棒，包括从尺寸精度、损耗角正切值、折射率、吸收系数、色散、相位匹配、偏振态、横向效应等方面考虑。

随后简单描述了光子晶体棒的加工技术，即激光熔覆技术。

该技术是目前唯一已经商业化生产的光子晶体光纤制造技术，它的关键是将高纯度的光子晶体棒粉末沉积在预置的金属基底上，再经过烧结而获得光纤。

最后给出了光子晶体棒的拉伸强度、弯曲模量等物理参数。

一般情况下，光子晶体棒的长度约为0.5～1mm，但是光纤的总长度却只有1～2mm 左右。

这样做的目的是减少光纤中光子晶体棒的数量，提高光纤的传输速率。

另外，由于光子晶体棒的长度较短，所以在设计光纤时必须充分考虑各种光学效应对光纤性能的影响。

例如，光纤的损耗角正切值（ sinr）和折射率（ n）决定了光纤的传输带宽，而光纤的色散则严重影响了光纤的传输距离。

磁流体加速度传感器的有限元仿真和参数优化的开题报告

磁流体加速度传感器的有限元仿真和参数优化的开题报告

磁流体加速度传感器的有限元仿真和参数优化的开题报告
一、课题背景
随着科技的快速发展和社会的不断进步，传感器技术在现代智能化领域中发挥着越来越重要的作用。

磁流体加速度传感器是一种基于磁流体的加速度测量设备，具有
体积小、重量轻、响应速度快、灵敏度高等优点，因此在航空航天、汽车、工业控制
等领域有着广泛的应用前景。

本课题旨在利用有限元仿真技术，探究磁流体加速度传感器的重要参数（如灵敏度、频率响应等）对其工作性能的影响，并对传感器结构进行优化设计，以达到更好
的测量精度和稳定性。

二、研究内容及方法
磁流体加速度传感器主要由磁流体、漂移管和检测电路组成，其中漂移管内部的结构对灵敏度和频率响应等参数具有重要影响。

因此，本课题将利用有限元仿真技术
建立三维结构模型，对漂移管内部的电场和磁场分布进行数值计算和分析，得到传感
器的灵敏度、频率响应等关键参数。

同时，结合实验方法对仿真结果进行验证，并进
一步对传感器的结构进行优化，以提高其测量精度和稳定性。

三、预期成果
通过本课题的研究，预计能够深入探究磁流体加速度传感器的工作原理、关键参数及其优化设计方法。

最终，将可实现传感器结构的优化设计，并获得更准确、稳定
的测量结果。

此外，本课题研究方法和结果可以应用于其他类型的传感器和测量领域，对提高传感器应用技术发展具有一定的推动作用。

光纤通信文献综述分布式光纤传感技术的应用

光纤通信文献综述分布式光纤传感技术的应用

分布式光纤传感技术的应用文献综述学院:电气工程学院专业:通信工程名字:学号:摘要:在光纤传感领域当中,分布式传感技术在国内外都是研讨的热点,并得到广泛的应用。

论文首先对光纤传感技术进行概述,并讲述分布式光纤传感技术的原理和特点,对基于不同效应的光纤传感技术进行对比论证;其后介绍该技术在不同领域的应用;最后对分布式光纤传感技术将来的发展和展望进行阐述。

关键词:光纤传感器;光纤通信;分布式光纤1.引言近年来,随着光纤通信技术的发展,光纤传感技术因而逐步形成。

这是一种用作测量外界物理信息的新型传感技术,它的载体为光波,传输媒质为光纤。

光纤传感是利用光纤对外界环境因数十分敏感,如温度、压力、磁场电场等环境因素的变化,从而引起光波参量的变化,比如相位、强度、频率和偏振态等。

通过测量光波参数的变化,就可以知道其外界各种物理量的大小,这就是光纤传感器应用的基本原理。

基于光纤传感技术的光纤传感器具有许多优点,光纤是非金属材料,因此光纤具有很高的绝缘性;光纤在传输信息的过程中,对电磁场的抗干扰能力很强;其互感器体积小,能够比较方便的与计算机控制系统连接。

因此,在各个范畴都有对光纤传感技术的研究与应用,成为传感技术的先驱,推动着该领域的进一步发展[5]。

分布式光纤传感器不仅具备普通光纤传感器的优点[2],如抗电磁干扰性好、无辐射干扰性和化学稳定性好等,而且还可以沿着光纤同时得到被测场在空间和时间上的延续分布信息[7]。

分布式光纤传感器的种类有很多,主要有基于瑞利散射的传感技术、基于拉曼散射的传感技术、基于布里渊效应的传感技术和基于光偏振特性的传感技术等。

2.分布式光纤传感技术的基本原理根据信号的性质,分布式光纤传感技术可以分为4类:分别是基于瑞利散射的传感技术、基于拉曼效应的传感技术、基于布里渊效应的传感技术和基于前向传输模耦合的传感技术,下面将对前3种技术进行介绍。

2.1基于瑞利效应的分布式光纤传感技术瑞利散射是入射光与介质中的微观粒子产生弹性碰撞所引起的,散射光的频率与入射光的频率相同。

略谈光纤问题中的有限元法

略谈光纤问题中的有限元法

略谈光纤问题中的有限元法光纤是一种新兴的通信技术，它的性能及其重要性越来越受到重视。

然而，它也存在一些问题，比如带宽限制，抗干扰能力不足，容易产生长时间延迟等。

由于传统的数理模型已经不能满足光纤高速传输的需求，因此，利用有限元法来解决光纤中的问题显得尤为重要。

有限元法是一种数值计算技术，它基于求解复杂物理系统以及学习其特性、行为和性能的需求而开发。

它最初由Richardson、Zienkiewicz和Babuska发明，基于Goedicke、Clough、Tocher、Hughes 等人建立的理论基础。

有限元法有以下几种优点：首先，它可以模拟和分析复杂场景，像质量、力学设计和热湿传递，以及更特殊的类型，如激光加工等。

其次，有限元法可以精确预测光纤中的机电耦合效应。

最后，有限元法模拟的结果更加精确，因此它可以帮助解决复杂的传输问题。

首先，在介绍有限元法之前，我们必须熟悉光纤问题中的各种参数、物理和几何约束以及性能的要求。

其次，在利用有限元法之前，我们需要建立精确的数学模型，该模型可以研究特定的问题，如光纤电缆的抗干扰性、信号的传输特性、数字信号的传输延迟等。

这需要综合考虑各种参数、物理和几何约束，并在计算机中建立物理模型。

然后，在分析物理模型的基础上，通过有限元法进行计算，可以模拟出更加精确的光纤传输特性。

有限元法计算可以正确模拟传输过程中各种电磁学特性，如质量、运动学和热传导，从而帮助光纤的设计者估算出精确的数值结果。

最后，通过验证和讨论，验证有限元法模拟的结果与真实光纤或理论解决方案相比，并从中总结出可能的改进。

总之，有限元法可以用来解决光纤问题中的技术难题，它可以以精确、实用的方式来模拟光纤传输过程中的各种质量、动力学和热传导特性，从而帮助光纤设计者更好地实现其目标。

因此，有限元法是解决光纤问题的优良方法。

聚合物偶极子天线型光纤电场传感器.bak

聚合物偶极子天线型光纤电场传感器.bak

第22卷第2期 2011年2月光电子 激光Journal of Optoelectronics LaserV o l.22N o.2 F eb.2011聚合物偶极子天线型光纤电场传感器曲 欣1,白一鸣4,王 博3,王晓林1,吴伯瑜2*,王晓工1(1.清华大学化学工程系高分子研究所北京100084;2.清华大学电子工程系,北京100084;3.清华大学电机工程与应用电子技术系; 4.辽宁大学物理学院,辽宁沈阳110036)摘要:设计并初步成功制作了聚合物光纤电场传感器。

假设聚合物材料的电光系数r13=10pm/V,设计的两种电场传感器的半波电场E =36.2和15.8kV/m。

用自制的二阶非线性光学聚合物BPAN NT作为聚合物光纤电场传感器的芯层材料,制作了电光调制器。

用反应离子刻蚀的方法制作脊形光波导,通过电晕极化使芯层具有电光效应,利用溅射及光刻的方法制作偶极子天线电极。

对电场传感器进行了低频电压模拟测试,输出光功率信号随电极电压呈线性变化,证明了研制的聚合物光纤电场传感器的可行性,它可用于强电场测量。

关键词:聚合物;电光效应;电场传感器;偶极子天线中图分类号:TN253 文献标识码:A 文章编号:1005 0086(2011)02 0163 03Polym er dipole antenna based fiber optic e lectric field se nsorsQU Xin1,BAI Yi ming4,W ANG B o3,W ANG Xiao lin1,WU Bo yu2*,W ANG Xiao gong1 (1.Department of Chemical Engineering,Tsing hua U niversity,Beijing100084,Chi na; 2.Deptartment of Electronic Eng ineering,Tsi nghua U niversity,Bei jing100084,China; 3.Deptartment of Electrical Engineer ing and Applied E lectronics Technique,Tsinghua U niversity,Beijing100084,China;4.College of Physics,Liaoning University,Sheny ang110036,China)Ab st ract:Polymer fiber opt ic electric field sensors we re designed and fabricated,using polymer BPAN NT mat e rial as the active core layer.Assuming that the electro optic coefficient r13of the core polymer is 10pm/V,e lectric field sensors were designed with half wave elec tric fields of36.2kV/m and15.8kV/ m,respe ctively.T he optical ridge waveguide was fabricated by reactive ion etching(RIE),the active pol ymer core was poled by corona,and t he dipole antenna electrode was processed by sput tering and lithog raphy.The electric field sensors were t e sted under low fre que ncy voltages.T he optical signals vary line arly wit h the voltage signals.T he results demonstrat e the feasibility of t he elec tric field sensor and its potential in high electric field measurement.Ke y wor ds:polymer;electro optic effect;electric field sensor;dipole ant e nna1 引 言利用具有线性电光效应或称Pockels效应的无机晶体材料(如LiNbO3)进行电场测量已被广泛研究,用于电磁兼容测试和强电场的探测[1~5]。

光电复合海缆中光纤与导体温度关系的有限元分析方法

光电复合海缆中光纤与导体温度关系的有限元分析方法

光电复合海缆中光纤与导体温度关系的有限元分析方法吕安强;李永倩;李静;张旭;吴飞龙【摘要】根据光电复合海缆中的光纤温度计算导体温度是进行导体温度监测和载流量计算的关键.本文利用有限元法建立了110 kV光电复合海缆的有限元模型,根据IEC 60287标准计算出热载荷,分析了负荷电流、环境温度、土壤与海水的表面传热系数等因素对海缆本体及周围温度分布的影响,建立了海缆导体温度、光纤温度和环境温度的关系式.结果表明,导体温度与光纤温度呈线性关系,光纤温度每升高1℃,导体温度升高1.3℃;相同光纤温度下,环境温度每升高1℃,导体温度下降0.3℃;海缆发热主要耗散于周围1.6m以内的土壤中,土壤与海水表面传热系数对结果的影响可以忽略.根据光纤温度和海水温度,可计算出导体温度,作为海缆导体温度监测和载流量计算的理论依据.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2014(029)004【总页数】6页(P91-96)【关键词】光电复合海缆;导体温度;光纤温度;环境温度;有限元分析【作者】吕安强;李永倩;李静;张旭;吴飞龙【作者单位】华北电力大学电子与通信工程系保定 071003;华北电力大学电子与通信工程系保定 071003;华北电力大学苏州研究院苏州 215123;国家电网福建省电力有限公司福州供电公司福州 350009;华北电力大学电子与通信工程系保定071003;国家电网福建省电力有限公司福州供电公司福州 350009【正文语种】中文【中图分类】TM247;TN8181 引言高压海底电缆承担着向海岛、石油平台输电的任务，监测运行状态、保证其正常工作在维护民生、保障生产方面具有重要意义。

近年来，采用XLPE（Cross Linked Polyethylene）绝缘的高压海缆生产和应用数量剧增，运行中的问题也逐渐显现[1-3]。

作为高压XLPE 绝缘电缆中的一种，其运行导体温度是决定海缆寿命的重要因素[4,5]，也是确定载流量的重要依据[6～8]，因此，一般作为状态监测的重要参数。

基于光纤的测量瞬态电场的球形传感器

基于光纤的测量瞬态电场的球形传感器

基于光纤的测量瞬态电场的球形传感器
李清泉;刘健;李彦明
【期刊名称】《传感器与微系统》
【年(卷),期】2002(021)003
【摘要】在电力系统中,除了电场的计算方法外,电场的测量也是一种很重要的手段.在一些特殊的场合,测量甚至是唯一的方法.介绍了一种可用来测量随时间周期性变化或瞬变电场的球形传感器,对球形探头测量电场的基本原理和一、二、三维电场探头的结构及测量误差做了分析,并介绍了二维球形传感器测量系统及其应用.【总页数】3页(P14-16)
【作者】李清泉;刘健;李彦明
【作者单位】西安交通大学,电气工程学院,陕西,西安,710049;西安交通大学,电气工程学院,陕西,西安,710049;西安交通大学,电气工程学院,陕西,西安,710049
【正文语种】中文
【中图分类】TM937.1;TP212
【相关文献】
1.用球形三维电场探头测量变电站瞬态电场 [J], 王泽忠;李成榕;李鹏;丁立建;王伟;赵良
2.光纤瞬态电场传感器的研究 [J], 张卫东;崔翔
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4.基于无线传输的球形空间瞬态电场测量仪研制 [J], 李文婷;龙兆芝;刘少波;张弛;
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5.球形电场传感器测量原理及其电场畸变效应分析 [J], 郑庆阳;阮召安
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光纤与电缆及其应用技术!"#$%&’($)*+,-’*%#+$%.&)’*/00/年第1期2341/00/!收稿日期"/0056506/78!修订日期"/00/601659!作者简介"周涛:5791;<=男=湖北省广水市人=武汉理工大学机电学院学生4!作者地址"湖北省武汉理工大学马房山校区西院9>?信箱@@@@@@@@@@@@A AAA=B >0090理论研究光纤电场传感器的有限元分析周涛:武汉理工大学机电学院=湖北武汉C D E E F E <!摘要"介绍了具有压电聚合物护套的光纤电场传感器的有限元分析=这种光纤电场传感器能响应500G H至10IG H 的频率J 采用有限元分析可以预知低频段:轴向非约束<04057+&K L :M N O <的相位偏移和在高频段:轴向约束<P 4/Q50;B+&K L :M N O <的相位偏移J 当频率高于9IG H时=光学响应主要是光纤和聚合物护套组合材料的径向谐振J 模拟预测的谐振尖峰和合成理论推算出的谐振尖峰具有很好的一致性J!关键词"有限元分析8光纤电场传感器8压电聚合物护套!中图分类号"R 2/1>!文献标识码"S !文章编号"500T 6570P :/00/<016000760BU V W V X Y Y Z Y [Y W X \W \Z ]^V ^_‘‘V a Y b _c X V d Y Z Y d X b V d ‘V Y Z e^Y W ^_bf G !g R &3:hi j \Wk W V l Y b ^V X ]_‘m Y d j W _Z _n ]=hi j \W C D E E F E =o i a Y V =p j V W \<q a ^X b \d X r S s 3t *’(-S &""+3&%uv 3+&s &’w H $s x&v $)*+3"#$%*’*%#+$%v $*’Ky *s y 3+z u $%uu &y &#+&s y t *+y *’w"3’&+6$H *K"$*H 3*’*%#+$%"3’w :t $s w ’$K *s *v ’{3+$K *<"3’w O *+%3&#$s x $y "+*y *s #*K 4R u *+*y "3s y *3v #u *v $)*+3"#$%*’*%#+$%v $*’K y *s y 3+$y +&s x *Kv +3O 500G H #310IG H 4R u *O 3K *’$s x"+*K $%#y &"u &y *y u $v #3v 04057+&K L :M N O <$s#u *’3z v +*6|{*s %w :&}$&’’w{s %3s y #+&$s *K <+*x $3s&s K P 4/Q 50;B+&K L :M N O <$s#u *u $x uv +*|{*s %w :&}$&’’w%3s y #+&$s *K <+*6x $3s 4S #v +*|{*s %$*yu $x u *+#u &s 9IG H#u *3"#$%&’+*y "3s y *$yK 3O $s &#*K)w+&K $&’+*y 3s &s %*3v #u *v $)*+6~&%!*#%3O "3y $#*4"33K&x +**O *s #*}$y #y )*#z **s#u *+*y 3s &s %*"*&!y "+*K $%#*K)w#u *y $O {’&#$3s&s K#u 3y *#u *3+*#$%&’’w %&’%{’&#*K{y $s x%3O "3y $#*#u *3+w4#Y ]$_b e ^r v $s $#**’*O *s #&s &’w y $y :(-S <8v $)*+3"#$%*’*%#+$%v $*’Ky *s y 3+8"$*H 3*’*%#+$%"3’w O *+%3&#$s x0引言电场传感器由单模光纤充当电场传感元件=该光纤带有一个横向行进的压电聚合物护套J 将该光纤放入平行金属电极之间施加电压=在金属电极之间产生电场=由于逆压电效应=使压电护套内产生了应变=该应变又直接传递给光纤=使光纤的折射率%长度和直径发生变化=进而使纤芯中传播的光波发生相位偏移J有限元分析:(-S <可用来模拟传感器的构造=可以精确地模拟光纤聚合物护套内部的逆压电效应J 下面介绍采用(-S 模拟该光纤电场传感器的响应以及单模光纤中相位偏移的宽频响应J5(-S 模拟图5示出了光纤电场传感器的结构以及压电&M ’(:聚偏氟乙烯<护套的偶极子方向J 图/中的网状结构表示的是光纤和聚合物护套组合材料的横截面:取其一半<=单模光纤的包层直径为5/1(O =压电护套厚度为10(O J 在轴向对称负荷状况下=通常可采用二维非对称元素给出一个合适的网状方案J 然而=我们现在所讨论的这个结构涉及的是非对称外部负荷=因此采用三维(-S 来模拟单模光纤J在(-S 分析中=由于元素三角形:四面体<在整理时过于呆板=因此=除了在非关键性的面积中作为装填元素外=应尽量少用8而元素四边形:六面体<很适合于三维分析=能以较低的代价提供精确的解=并且四边形:六面体<又比三角形:四面体<有更好的收敛性J 因此使用六面体元素的三维分析可得到很高的精度且容易计算J 故采用适当的P 结点线性六面体元素表示纤芯%包层和压电护套的每一区域)))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))J万方数据"0:!!8!;:!"8";:!"8+<(0!(式中8!=8"和8+分别是>=?和@方向上的应变A :!!和:!"是光弹系数&6是有效折射率&7是行进的长度&4.是真空中单位长度内的光波数*在表!中给出了光纤和B /C #聚合物护套材料的特性*"声波传播如图!所示&将一对平行金属电极置于B /C #护套两侧&当施加电压时&在该光纤传感器中产生了横声波&使压电护套沿偶极子方向压缩或扩展&而且还感应出轴向应变和非对称径向应变&使光纤的长度=折射率发生了变化&这些应变导致了光的相位偏移0参见式0!((*表D 光纤和E F G H 聚合物材料的特性参数光纤参数B /C #聚合物!(密度I J K L M 9+""..密度I J K L M 9+!N O .纤芯直径I P M ,绝缘常数!+包层直径I P M !"-弹性模量I QB R "S -T!.+纤芯折射率!S ,U 泊松比.S +V 弹性模量I QB R N S +T!.,护套厚度I P M -.泊松比.S !N 压电常数I M L /9!’光波长I P M.S U W "!=W "+U T!.9!"真空中单位长度W""!T!.9!"内的光波数!S .,N T!.N 光弹系数’:!!.S !"!:!".S "N .注’!(没有定向过的B /C #聚合物*3]I Y 0+(式中]为弹性模量*由式0"(和式0+(可得&在B /C #聚合物中的声波速率为!!O -M I ^&在光纤中的声波速率为-N U .M I ^A B /C #中的声阻抗率X !为"S !!T !.U J K I 0M "L ^(&光纤中的声阻抗率X "为!S "U N T !.N J K I 0M "L ^(&声能透射率_‘可由下式计算5!<’_‘3,X !X "0X !;X "("T !..a 0,(声能反射率_b 为’_b c 3X !9X "X !;X d ""T !..a0-(L.!L 光纤与电缆及其应用技术".."年第-期万方数据将!"#$和光纤的声阻抗率%&’%(代入式)*+和式),+-可得聚合物护套与光纤界面处约有*./0,1的声能透射到光纤-约有,&/2,1的声能反射回聚合物护套3由于!"#$聚合物相对于光纤材料是一种屈从性较强的材料-故声能反射率较高3因此可认为!"#$护套内表面是一个约束表面-!"#$护套外表面是一个应力释放表面3为了达到理想的最大透射率-聚合物护套和光纤的声阻抗应尽可能地匹配34电场传感器的响应在&22567,2856的范围内-对&29:长带有压电!"#$聚合物护套的光纤进行了有限元分析-图*为在该频率区域的光相位偏移3从图中可看出-在小于&,;56频段存在稳定的光相位偏移2/2&0<=>?)"@:+-这个结果比用弹性理论推算出的2/2&.<=>?)"@:+稍微高一点A (B3这是因为垂直于光纤轴线的电场一般会引起光纤和聚合物护套组合材料的非对称变形-相关联的对称程度低-因此要建立一个精确的数学模型有一定的困难3图,所示的是聚合物护套中的电场强度随护套厚度的变化3护套C 光纤界面是在距纤芯D (/,E :之处3由于消偏振场的存在-聚合物护套内的电场强度要小于外部电场强度3采用绝缘圆柱来近似模拟带有护套的光纤-绝缘圆柱的绝缘常数F 等于!"#$的绝缘常数-内部场强与外部场强有如下关系G H I J K L(MF N &H O P 9)D +式中H I J 和H O P 9分别是聚合物护套的外部和内部场强3从图D 中可看出-护套内的电位移Q 随着护套厚度的增大而减小GQ )R +LQ 2R)S +式中Q 2是个常量-R 是护套厚度3图S 显示了在&22;56频率下-在一个很大的输入电压范围内-光的相位偏移与电压成线性关系3光纤电场传感器的有限元分析万方数据@45-A B /式中+=C +9分别为聚合物护套和光纤的弹性模量’5为光纤和聚合物护套组合材料的行进长度’79为光纤直径’7;为光纤和聚合物护套组合材料的总直径&把表A 中相关参数值代入式-A B /’可得光纤和聚合物护套组合材料的有效弹性模量为8D 48E A B 4F"G&光纤和聚合物护套组合材料的有效密度为(H 011*-234/56H 9789:H =-78;<789>/?278;@45-A A /式中H 9为光纤的密度’H =为聚合物护套的密度&利用表A 中的数据’可得为H 011为A .B I D !J K 93L M&根据式-M /C 式-A B /和式-A A /’组合材料的横声波传播速度N G ;为M J O A D J L 3P &当声波入射到两种物质的界面时’部分声波被反射’入射波和反射波形成立波-迭加原理/&立波波长Q为(Q *853R-A 8/式中R 是一个正整数&当一根带有聚合物护套的光纤笔直放着时’基频轴向谐振将发生在这个频率下’即行进光纤的长度等于横声波波长的一半&因而对一根A B ;L 长的光纤来说’基频轴向谐振频率S B 为(S B *N G ;3-85/-A M /根据式-A M /可得基频轴向谐振频率为A I D !B J K T U’这与采用%V W 方法得到的约A !K T U较为一致&J 径向谐振从图4中看出’在轴向谐振频率处’光相位偏移从B D B A .X G Y 3-#Z L /减少到!D 8E A B <4X G Y 3-#ZL /’这已经是轴向约束区域&由于纤芯中存在径向应变’故在该区域光相位偏移主要是由折射率变化引起的&在大于I FT U 的频率下’当声波长与该传感器的径向尺寸相比拟时’则主要是光纤和聚合物护套组合材料的径向谐振’如图4中的I D O 8FT UC 8M FT U 和4A FT U 处的尖峰就是光纤和聚合物护套组合材料的径向谐振引起的&径向谐振频率出现在该传感器的直径[等于声波长的R 38倍时’即[*R Q 38-A 4/式中R *A ’M ’J ’\&当R *A ’基频径向谐振S X B 为(S ]B *N G ;3-8[/-A J /根据式-A J /’当该传感器的直径为88J ^L 时’前三个径向谐振频率分别为I D .FT U C 8M D I 4FT U 和M .D J I FT U &表8给出了合成理论推导出的谐振频率’与采用%V W 方法得出的谐振频率相比较’两种方法具有很好的一致性&表_合成理论和‘a b 方法得出的谐振频率单位(c d e 谐振类型合理理论%V W 模拟轴向A I D !B JA !径向I D .EA B MI D O 8EA B M径向8M D I 4EA B M 8M EA B M 径向M .D J I EA BM 4A EA BM O 结论本文论证了用%V W 分析技术能成功地模拟具有压电聚合物护套的光纤电场传感器’用%V W 方法获得了A B B T U 到J B FT U 电压频率范围内的光相位偏移&%V W 方法预知了在轴向非约束范围内B D B A .X G Y 3-#Z L /的相位偏移和在轴向约束范围内!D 8EA B <4X G Y 3-#Z L /的相位偏移&光相位偏移与所加的电压成线性关系&当频率大于I FT U时’响应主要是光纤与聚合物护套组合材料的径向谐振&%V W 预测的谐振尖峰的频率和用合成理论推导出的谐振尖峰的频率具有良好的一致性&!参考文献"6A ?T W f Fg T W h i D j k l m Y 0P n X o ;n p q 0n 0P n p l 96F ?D f k l mY k l (V Y r G X YW X l k s Y’A .!I DA A M m A A J D 68?t i V V j $u D W lp l n X k Y o ;n p k ln kn v 0L 0;v G l p ;G s =X km =0X n p 0P k 1;0X G L p ;P 6F ?D f k l Y k l (w G L x X p Y 90y l p q 0X m P p n z"X 0P P’A ..!D!J m !I D Z8A Z 光纤与电缆及其应用技术8B B 8年第J 期万方数据。