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。

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。

第28卷 第4期光 学 学 报V ol.28,N o.42008年4月ACTA OPTICA SINICAApril,2008文章编号:0253 2239(2008)04 0779 04基于啁啾光纤光栅的温度自补偿位移传感器张锦龙1,2余重秀1 王葵如1 曾军英1(1北京邮电大学电子工程学院,北京100876;2河南大学物理与电子学院,河南开封475001)摘要 基于双三角结构的悬臂梁,提出了一种使用啁啾光纤光栅测定位移的方法。

悬臂梁受到应力时引起刚性粘接在悬臂梁上的啁啾光栅反射谱带宽压缩,通过测量反射谱带宽进行位移的测量。

该结构克服了位移测量时温度的交叉敏感问题,温度变化引起反射谱整体移动但不会改变带宽。

测试结果表明该传感器具有较高精度、良好的线性和可重复性等优点。

关键词 光纤光学;啁啾光纤光栅;悬臂梁;温度补偿中图分类号 T N 253 文献标识码 A收稿日期:2007 07 03;收到修改稿日期:2007 10 31基金项目:国家自然科学基金(60677003)、北京市教委共建项目(XK100130637)和北京邮电大学博士启动资金资助课题。

作者简介:张锦龙(1977-),男,河南开封人,讲师,博士研究生,主要从事光纤传感、光纤通信等方面的研究。

E mail:ZJL @导师简介:余重秀(1946-),女,教授,博士生导师,主要从事光纤通信、光交换、光互连及光码分多址、光纤传感、光信息处理等方面的研究。

E mail:cxyu@Displaceme nt Se nsor with Te mperature Compe nsation Based onChirp Fiber GratingZhang Jinlong 1,2 Yu Chongxiu 1 Wang Kuiru 1 Zeng Junying 11School of Elect r onic En gineer ing ,Beijin g Un iver sity of Posts a nd T elecom m un ica tion ,Beijing 100876,Chin a2School of Phy sics an d Electr on ics ,Hena n Un iver sity ,Kaif eng ,Hena n 475001,Chin aAbstract A way to measure displac ement with chirp fiber grating is proposed based on beam cantilever.When the strain is acting on the cantilever beam,the reflection spectrum of the chirp grating pa sted on the cantilever beam is c om pressed and the displacement can be measured acc ording to the bandwidth of the reflection spectrum.The structure resolves the cross sensitization of the temperat ure to the displacement measurement.The variation in temperature results in the displacement of the whole reflection spectrum but does not change the bandwidth.The test result shows that this sensor has high accuracy,well linearity and repeata bility.Key wo rds fiber optics;c hirp fiber grating;cantilever beam;tem perature compensation1 引 言光纤光栅传感器以其成本更低,更容易复用和容易实现多参量测量等优点而越来越受到人们关注。

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。

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。

34科技资讯 SC I EN C E & TE C HN O LO G Y I NF O R MA T IO N工 程 技 术光纤光栅是一种新型光无源器件,具有体积小、本征防爆、抗电磁干扰、易于复用、耐高温及耐腐蚀等优点,受到研究人员极大的关注。

光纤光栅同时敏感温度和应变。

当测量与应变相关的被测量时,就需要补偿温度影响。

如何补偿温度的影响一直是科研人员潜心研究的问题。

1 光纤光栅传感原理根据光纤光栅的耦合模理论,均匀非闪耀光纤光栅可将其中传输的一个导模耦合到另一个沿相反方向传输的导模而形成窄带反射波,反射波峰值波长 B 随应变和温度的偏移量 B 为:01()B B e p T(1)式中:B 为光纤光栅波长偏移量; 0B 为环境温度下的自由波长; e p 为光纤的有效弹光系数; T 为温度的变化量; 为光纤的热膨胀系数,表示光栅周期随温度的变化率,1T; —光纤光栅的热光系数,表示折射率随温度的变化率,1e e n n T。

以式(1)为物理基础,利用光纤光栅可以测量应变和温度,即构成光纤光栅传感器。

从式(1)可以看出,温度和应变都会影响光纤光栅的波长偏移,因此,若测量与应变有关的物理量,就需要补偿温度 T 的响应。

如何补偿温度是科研人员潜心研究的问题。

2 温度补偿方法目前,温度补偿方法分为两类:硬件补偿法,即根据弹性元件自身的特点,测量光纤光栅反射波峰值波长差或反射波带宽消除温度的影响;模型法,即通过监测温度信号,建立输入输出模型进行温度补偿。

2.1硬件补偿法2.1.1测量峰值波长差将两个相同光纤光栅布置在梁上下表面相同的位置,形成差动结构,测量两个光纤光栅峰值波长的差;或者将一根光栅分成两部分,一部分处于自由状态,敏感温度,另一部分利用聚合物结构封装起来或粘贴在弹性元件上,敏感温度和应力,通过测量两部分光纤光栅的峰值波长差消除温度的影响。

2.1.2测量带宽在任意温度下,只要光纤光栅整体的温度保持一致,则光纤光栅各点因温度而引起的变化就是相同的,即环境温度仅对光纤光栅反射波长有影响,不影响带宽。

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。