FBG传感器应用及设计实例
FBG可变灵敏度压力传感器设计
Ｄ ｅｓｉｇｎ ｏｆ ｖａｒｉａｂｌｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｏｒ ｕｓｉｎｇ
ＦＢＧ
ＬＩ Ｋａｉ 一，ＺＨＡＯ Ｚｈｅｎ．ｇａｎｇ ，ＬＩ Ｙｉｎｇ．ｎａ ，ＣＡＩ Ｃｈｅｎ ，ＰＥＮＧ Ｑｉｎｇ－ｊｕｎ ，Ｌｉ Ｃｈｕａｎ
（１．Ｆａｃｕｌｔｙ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｋｕｎｍｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆ ｉｌｍ ｓｈｅｅｔ ｉｓ ｉ ｍｍ，ａｎｄ ｗｏｒｋｉｎｇ ｒａｄｉｕｓ ｉｓ ａｄｊｕｓｔｅｄ ｔＯ １０ ｃｍ，９ ｃｎｌ ａｎｄ ８ ｃｍ，ｔｈｅ
ｍａｘｉｍ ｕｍ ｄｅ￣ｒｍ ａｔｉｏｎ ｏｃｃｕｒｓ ａｔ ｔｈｅ ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｆ ｉｌｍ ｓｈｅｅｔ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ０．１ Ｍ Ｐａ ｓｕｒｆａｃｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒ ｍ ａｔｉｏｎ ａｔ ｔｈｅ ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｌｍ ｓｈｅｅｔ ｉｓ ３．８７５ ｍｍ ，２．５６１ ｍｍ ａｎｄ １．５７９ ｍｍ．Ａｆ ｔｅｒ ｔｈｅ ｂａｒｅ ｇ ｒａｔｉｎｇ ｉｓ ｆ ｉｘｅｄ， ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｉｅｓ ａｒｅ ３８．４４ｍｍ／ＭＰａ，２５．６２ｍｍ／Ｍｐａ ａｎｄ １５．７９ｍｍ ／ ＭＰａ，ＳＯ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉＳ ａｃｈｉｅｖｅｄ．
FBG温度传感器(简单设计)
FBG温度传感器——波长调制
1、基本原理
短周期光纤光栅又称为光纤布拉格光栅（FBG）是一种典型的波长调制型光纤传感器这种传感器能根据环境温度以及/或者应变的变化来改变其反射的光波的波长。
其结构如图所示
基于光纤光栅传感器的传感过程是通过外界参量对布拉格中心波长λB的调制来获取传感
信号，其数学表达式为错误！未找到引用源。
=2n eff A
错误！未找到引用源。
为Bragg波长，A为光栅周期，n为光纤模式的有效折射率。
引起光栅布拉格波长飘移的外界因素如温度、应力等会引起光栅周期A 和纤芯有效折射率的改变。
其中光纤布拉格光栅反射波长随应变和温度的变化可以近似地用方程
其中Δλ是反射波长的变化而λo 为初始的反射波长。
2、传感器结构设计
FBG温度传感器的基本构造如下图所示
光纤温度监测系统主要由光纤光栅传感器、传输信号用的光纤和光纤光栅解调器组成。
光纤光栅解调器用于对光纤光栅传感器的信号检测和数据处理，以获得测量结果，传输光纤用于传输光信号，光纤光栅传感器则主要用于反射随温度变化中心波长的窄带光，光纤光栅反射波长的移动与温度的变化成线性关系，通过解调器测量光纤光栅反射波长的移动,便可确定环境温度T。
由于光纤布拉格光栅周期和纤芯的有效折射率会同时受到应变和温度变化的影响。
当进行温度测量的时候，光纤布拉格光栅必须保持在完全不受应变影响的条件下。
即需要对光纤光栅传感部分进行封装，保证传感部分不受到外界应力的影响。
FBG传感器应用及设计实例
FBG传感器应用及设计实例FBG（Fiber Bragg Grating）传感器是一种基于光纤布拉格光栅原理设计的光纤传感器。
光纤布拉格光栅是通过在光纤内部引入一定的折射率改变周期性的折射率变化结构，形成的一种反射光栅。
FBG传感器利用光纤布拉格光栅的特性，可以对环境中的温度、应变等物理量进行测量。
FBG传感器具有体积小、抗干扰能力强、测量范围广等优点，因此被广泛应用于各个领域。
以下是几个FBG传感器的应用及设计实例：1.建筑结构监测：FBG传感器可以用来监测建筑结构的应变情况。
通过将多个FBG传感器布置在建筑结构上，可以实时监测结构的应变情况，及时发现结构的变形、开裂等问题，提前采取修复措施，保证建筑结构的安全性。
2.油气管道监测：FBG传感器可以用来监测油气管道的变形和温度变化。
将FBG传感器安装在油气管道上，可以实时监测管道的应变和温度变化，及时发现管道的变形、破损等问题，避免事故的发生。
3.地下水监测：FBG传感器可以用来监测地下水位的变化。
将FBG传感器固定在井口或地下水管道中，通过测量光纤的折射率变化来判断地下水位的变化情况。
这对于地下水资源的合理利用和保护具有重要意义。
4.航天器结构监测：FBG传感器可以用来监测航天器的结构应变情况。
将FBG传感器布置在航天器的关键结构上，可以实时监测结构的应变情况，判断航天器的工作状态是否正常，及时发现结构的变形和疲劳损伤，提高航天器的运行安全性。
5.生物医学应用：FBG传感器可以用于生物医学领域中的温度、压力和拉伸等参数的测量。
例如，可以将FBG传感器固定在医用器械上，实时测量医用器械的温度和应变情况，确保医疗操作的安全性。
以上是几个FBG传感器的应用及设计实例。
随着光纤技术的不断发展，FBG传感器将在更多的领域发挥更大的作用，为人们的生活和工作带来更多便利和安全。
FBG温度传感器
FBG温度传感器引言：随着科技的不断发展，温度传感器的应用范围越来越广泛。
传统的温度传感器基于热电效应、电阻变化等原理进行测量，但这些传感器存在灵敏度低、响应时间长、易受干扰等问题。
FBG（Fiber Bragg Grating）技术作为一种新型的传感器技术，具有优良的温度测量性能，被广泛应用于工业生产、交通运输、医疗健康等领域。
FBG温度传感器是基于光纤光栅的原理来实现温度测量的。
光纤光栅是一种通过在光纤内加入一定周期的折射率变化来产生反射光的结构，它对光波的波长具有高度选择性。
当光波波长与光栅周期相匹配时，光波会被光栅反射回来。
而当温度发生变化时，光栅的周期也会发生变化，进而改变反射光的波长。
通过测量反射光的波长变化，即可得到温度的变化。
1.光纤光栅的制备：选择合适的光纤材料和掺杂剂，以及适当的光栅周期，进行光纤光栅的制备。
一种常用的方法是利用紫外脉冲激光通过两光束干涉形成周期性的折射率分布，从而实现光纤光栅的制备。
制备完成后，将光纤固定在测量物体上，使其与要测温度的物体接触。
光纤光栅的长度和固定方式需要根据具体应用来确定。
2.光谱分析系统的搭建：制备好的光纤光栅需要连接到光谱分析系统中进行波长变化的测量。
光谱分析系统通常由光源、光栅衍射器、光电探测器等组成。
光源发出的光经过光栅衍射，产生不同波长的光束，然后经过光纤光栅反射回来，最终被光电探测器接收。
光电探测器会将接收到的光信号转化为电信号，并通过数据处理单元进行分析和记录。
根据反射光的波长变化，可以得到相应的温度变化。
3.温度测量精度的提升：为了提高温度测量的精度，可以采取一些措施，如增加光栅的反射次数、提高光栅的稳定性等。
同时，还可以在光谱分析系统上添加温度补偿装置，用于对温度的影响进行补偿，以提高温度测量的准确性。
结论：FBG温度传感器基于光纤光栅的原理，具有灵敏度高、响应时间快、抗干扰性强等优点。
通过合理的光纤光栅制备和光谱分析系统的搭建，可以实现简单而高效的温度测量。
用FBG传感器监测框架剪力墙结构裂缝
用FBG传感器监测框架剪力墙结构裂缝随着建筑行业的迅速发展，人们对建筑结构的安全性和稳定性要求越来越高。
而裂缝是影响建筑结构安全的重要因素之一。
为了及时了解和监测建筑结构中的裂缝情况，FBG传感器成为了一种常用的监测手段。
在框架剪力墙结构中，使用FBG传感器可以有效地监测裂缝，并对结构的安全性进行评估和预测。
FBG传感器是一种基于光纤布拉格光栅原理的传感器。
其工作原理是通过光栅的光波反射现象来感知物理量的变化。
在框架剪力墙结构中，裂缝的形成会导致结构的应力、应变等物理量发生变化，而这些变化可以通过FBG传感器准确地监测到。
FBG传感器的安装通常需要将其粘贴或固定在结构的关键位置，以便实时感知结构的变化。
在框架剪力墙结构中，建议将FBG传感器安装在剪力墙的重要节点、墙体的顶部和底部等位置，以便全面监测结构的裂缝情况。
一旦FBG传感器安装完毕，监测系统将会不断地记录和分析FBG 传感器所感知到的数据。
这些数据可以显示出结构的应力、应变等变化曲线，从而提供结构的变形和裂缝情况。
同时，传感器还可与计算机或智能手机等设备相连接，方便实时监测和数据管理。
通过使用FBG传感器监测框架剪力墙结构的裂缝，我们可以及时发现和应对潜在的安全隐患。
一旦传感器感知到结构中裂缝的变化，监测系统将会及时发送警报，提醒监测人员进行维修和加固工作。
这样可以避免裂缝进一步扩大，从而保障建筑结构的安全性和稳定性。
除了对结构裂缝的监测，FBG传感器还可以用于评估结构的健康状况。
通过比对结构的历史数据和当前数据，我们可以判断结构是否出现了疲劳、老化等问题。
一旦结构健康状态下降，监测系统将及时报警，以便进行相关的维修和保养工作，延长结构的使用寿命。
需要注意的是，使用FBG传感器监测裂缝需要专业的技术人员进行安装和数据分析。
只有专业的施工团队和监测人员才能保证监测的准确性和有效性。
因此，在实际应用中，建议与有经验和专业知识的企业或机构合作，以确保监测工作的顺利进行。
FBG应变传感器在盾构隧道监测中应用
安 隧道的结构健 康监测 ， 结果表 明光纤光 栅传感 器测
量 数据 稳 定 可靠 ， 测 效 果 良好 。 何 涛 等 ‘ 用 钢 筋 监 运
导原理 出发 ， 分析光纤 传感 器的可能 类型 。介 绍 了在
岩土力学研究 与工 程 监测 中应 用 光纤传 感 技术 取得
【 关键词】 光纤光栅传感 ； 隧道 ； 盾构 施工监测 ； 片 管 【 中图分类号 】 Ｔ ９ Ｕ４ 【 文献标识码 】 Ｂ
【 文章编号 】 １０ — ８４ ２ １ ）２—０９ Ｏ ０ １ ６ ６ （０ １ ０ ０ ５一 ３
国内学 者已经对光纤布拉格光栅 （ Ｂ 在隧道工 Ｆ Ｇ）
道开挖期间对喷射混 凝土的拱 架内力 、 凝土应 变与 混
传感 器监 测管片具 有 良好 的效 果。然 而将 隧道施工过 程 中 Ｆ Ｇ传感器 监测 结果与 隧道 管片 钢筋 应力 计进 Ｂ
行相关性 比较 的研究 尚未见报 道。 在上海某越 江双线 隧道后 建 隧道施 工过程 中 ， 作 者采用光纤 光栅 监 测技 术对 先建 隧道 管 片 内表 面应
处反射后会再返 回到原来的方向。如图 １ 所示。在 布 拉格光栅处施加外力 或温度改 变 ， 栅 的间隔产生 变 光 化后 ， 反射 回来的光 的波 长也会 相应发 生变化 。布拉 格波长 Ａ 同时受 布拉格光栅 周期 和纤芯有 效折射率
扰 动 的 影 响 ， 而 通 过 监 测 布 拉 格 波 长 的变 化 即可 测 因
分析结果表 明 Ｆ Ｇ所测的表面应变值与对应钢筋附加应 力值具有 较好 的相关性 。盾 构逐渐 邻近 ， Ｂ 两者具 有较好
的线性 相关性 ； 盾构到达后的 ３— ５环 内， 者相关性较差 ； 两 盾构通过过程 中及 后序管片脱出 ， 者具 有很好 的相关 两 性 。以此 说明监测结果较为理 想， Ｂ Ｆ Ｇ应变传感 器在 隧道 工程后 布法监测中具有较广阔的应用前景 。
自旋量程可调式金属化FBG温度传感器设计
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｔｈａｔ ｌａｒｇｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆ ｉｅｌｄ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ｇｒａｉｎ ｄｅｐｏｔｓ，ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ，
全光 测量 、本质安全 、不受雷击 、不 受电磁干扰 、使用 寿命 长 等优 点。光纤 传感 技术从 ２０世 纪末至 今 的几 十年 里发 展 极为迅速 ，除了应 用 到常见 的结 构监 测 等领 域… ，同时 也 开始应用在如应变点定 位 、光纤超 声传感 、液 体浓度 测量 、 温度测量等 其他 新 的领域 Ｊ。而光 纤布 拉格 光栅 （ｆ ｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇ，ＦＢＧ）温度 传 感器 在结 构上 可 以分 为 管式 结 构 、基片式 、压力 式 等 。实 验 发现 对于 普通 的光 纤 光栅 当温度超过 ２５０℃时涂覆层会 出现熔 化现象 ，因此 ，在
２０１８年 第 ３７卷 第 ｌ１期
传 感器与微系统（Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｃｈｎ。１。ｇｉｅｓ）
７７
ＤＯＩ：１０．１３８７３／Ｊ．１０００－９７８７（２０１８）１１－００７７－０３
自旋 量 程 可 调 式 金 属 化 ＦＢＧ 温 度 传 感 器 设 计
朱星 盈 ，倪 屹 ，郭 瑜 ，刘化利 ，李岱林
ｐａｃｋａｇｉｎｇ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｅｎａｂｌｅｓ ｔｈｅ ｓｅｎｓｏｒ ｔｏ ｈａｖｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．Ｔ ｈ ｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｆ ｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ。ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｔ １００ ｏＣ ，ｐａｃｋａｇｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｓｔｒａｉｎ ｉｓ ａｂｏｕｔ ０．０７３ ×１０ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｆａｒ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ｍｉｃｒｏ ｓｔｒａｉｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｂｅｒ ｓｔｒｕ ｃｔｕｒｅ ｉｔｓｅｌｆ，ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｃｒｏｓｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｓｔｒｅｓｓ．Ａｔ
微型FBG应变传感器在大坝模型实验中的应用
关键词
大 坝；光纤光栅 ； 损伤识别 ；应变传感 器 ； 抗震 ；监测
中 图分 类号 Ｔ Ｖ３ ２ ’ ‘ １ ； ＴＶ３ ２ ３ ； Ｔ Ｐ ２ １ ２ ． ９
近年来 ， Ｆ Ｂ Ｇ 传感 技 术 在工 程 监测 领 域 发展 迅
引 言
在我国， 许 多水利设 施都 集 中在 中西部 地 区 ， 而
坝模 型实 验 中的难点 Ｌ ７ ］ 。
用 下 内部变 形 以及 裂 缝 发展 情 况 ， 对 大 坝 的抗 震 安
全性 能 进行 评 价 ， 并且 通 过 设 置 配筋 和 未 配 筋坝 段
＋
国 家 自然 科 学 基 金 委 创 新 研 究 群 体 基 金 资 助 项 目 （ ５ １ １ ２ １ ０ ０ ５ ） ； 国 家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目 （ ５ １ １ ０ ８ ０ ５ ９ ，１ ０ ９ ０ ２ ０ ７ ３ ， ５ ０ ９ ０ ９ ０ １ ５ ） ； 沈 阳 建 筑 大 学 建 筑 结 构 工 程 省 级 重 点 实 验 室 开 放 基 金 资 助 项 目（ Ｊ Ｇ一 ２ ０ ０ ９ ０ ９ ） ； 国 家 自然 科 学 基 金 重 大 研 究 计 划 重 点 资 助 项 目（ ９ ０ ８ １ ５ ０ ２ ６ ） 收 稿 日期 ： ２ ０ １ １ — ０ ７ — １ ３ ； 修 改 稿 收 到 日期 ： ２ ０ １ １ — １ ０ — １ ０
第３ ３卷 第 ２期 ２ ０ １ ３年 ４ 月
振 动、 测 试 与诊 断
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｖｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ， Ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ＆ Ｄｉ ａ ｇ ｎ ｏ ｓ ｉ ｓ
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波 长 /nm
0
10
20
30
40
50Βιβλιοθήκη 607080
90
100
温度/
谢谢！
2016.03.20
常见的位移传感器
类型
电阻式
测量范围
1~300 m ±0.3%应变 ±0.2 mm ±（0.08~75） mm ±（2.5~250） mm 0.001~1000 mm 0.001~10 mm 0.001~10000 mm ±1.5 mm 0.001~1000 mm
测量精度
±0.1% ±（2%~3% ±1% ±0.5% ±（1%~3%） ±0.005% ±1% 3 μm~1 mm 0.5% 3 μm~1 m
positive wave lo Intercept positive wave lo Slope negative wave l Intercept negative wave l Slope
波 长 差/nm
9 8 7 6 5 4 3 2 0
正行程 逆行程 正行程拟合直 线 逆行程拟合直 线
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
功率(dBm)
波 长 (nm)
4.2 FBG位移传感器的静态特性分析
按照线性位移传感器校准规范，以正、反两个行程
为一个循环，共测试三个循环。对该传感器经行正 逆行程全程测量3次
4.2 FBG位移传感器的静态特性分析
三、基于混合型悬臂梁结构的FBG位 移传感器结构设计与封装
3.1 FBG位移传感器设计原则
3.1.1 相容性
强度相容性 尺寸相容性 界面相容性 场分布相容性
3.1.2 传感特性
3.1.3 工艺性 3.1.4 使用性能
3.4 光纤光栅的选择
FBG稳定性
避免波长重叠
滑线式 应变片式 自感变气 隙型 差动变压 器式 电涡流式 变面积式
电感式
电容式
变间距式 磁致伸缩式 霍尔式 计量光栅式
二、基于混合悬臂梁结构的FBG位移 传感器设计方案
2.1 FBG位移传感器原理分析
x
弹簧 悬臂梁 wB
(b)
光纤
FBG1 FBG2
光纤光栅的温度去敏
1、在光敏光纤同一位置重叠写入两个具有 不同Bragg波长的光栅来区别温度和应变效 应； 2、利用同一光纤Bragg光栅的一阶和二阶衍 射效应来区别出温度和应变效应； 3、采用特殊封装、埋入方式的方法来消除 温度－应力的交叉敏感问题。
4.3 FBG位移传感器温度特性测试
4.3 FBG位移传感器温度特性测试
1554 1553 1552 1551 1550 1549
FBG1 FBG2 Linear Fit of wavelength Linear Fit of wavelength
Equation Adj. R-Square y = a + b*x 0.99956 Intercept Slope Intercept Slope 0.99963 Value wavelength wavelength wavelength wavelength 1549.41101 0.01619 1552.00574 0.01586 Standard Error 0.00423 8.02821E-5 0.0038 7.21708E-5
FBG传感器应用及设计实例
许红彬
传 感 器：sensor
人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。 人的五种感觉器官：视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉。
2
传 感 器：sensor
3
传 感 器：sensor
是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定 规律变换成为所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显 示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。（信 息获取、转译和传导）
9
光纤传感技术的优势
1、石英材料，抗电磁、绝缘、耐腐蚀、本质安全
2、灵敏度高
3、体积小巧，灵活弯曲，成本低
4、应用广泛，测量参数多 5、对被测物体影响小，化学性质稳定、兼容性强 6、光波作为传感信号，易于实时动态监测 7、可以实现波长编码，绝对值传感 8、易于组网，可分布式
10
光纤传感器的市场预测
采用相位掩膜板成栅技术，通过紫外光刻写，刻写 完成的FBG在140 ℃环境下退火14小时，以保证 FBG的稳定性。
四、基于混合型悬臂梁结构的FBG位 移传感器性能测试
4.1 FBG位移传感器实验室标定实验
-45 -50 -55 -60
-65 -70 -75 -80 -85 -90 1544 1546 1548 1550 1552 1554 1556 1558
304不锈钢 变截面悬臂梁 铍青铜 弹簧 65Mn
2.5 灵敏度计算与设计
物理量 传感器最大长度 入射光波波长/λ 光弹系数/Pe 混合型悬臂梁弹性模量/E 混合型悬臂梁有效长度/l 混合型悬臂梁等强度段长度/l1 混合型悬臂梁固定端宽度/b0 弹簧弹性系数/k 混合型悬臂梁厚度/h 传感器设计灵敏度/S 传感器量程 数值 400 1550 0.22 128 40 15 8 110 1 59.7 160 单位 mm nm Gpa mm mm mm N/m mm pm/mm mm
4
传 感 器：sensor
5
传 感 器：sensor
6
光纤传感技术： Optical Fiber Sensor
7
光纤传感技术： Optical Fiber Sensor
（ 1 ）传光型 —— 光纤仅仅起 传输光的作用，它在光纤端面 或中间加装其它敏感元件感受 被测量的变化。（传和行）
光纤传感
一、背景及意义
位移是大型工程结构安全监测的重要参数，它为了
解大型结构工程有无裂缝、变形及沉降趋势提供了 可靠的信息。目前工程应用领域大多采用电类传感 器进行位移测量，但是其测量精度、寿命等受环境 影响较大，易受电磁干扰，信号传输距离受限，复 用能力差。 为此，针对光纤传感的优势及实际需求设计了一种 基于混合型悬臂梁结构的光纤光栅（FBG）位移传 感器。
25
硅管
光纤光栅
螺母
有涂敷的光纤
铝帽
环氧胶
螺纹铝管
26
光纤光栅温度补偿装置结构
2.4 材料选择
2.4.1 材料选择基本原则
（1）要满足零件的工作要求
（2）要满足工艺性能要求
（3）要重视选材的经济性 （4）所选材料的牌号应符合国家标准
2.4 材料选择
2.4.2 材料选择方案 外壳
工作特点
分辨率较好，可静态或动态测量， 但是机械结构不牢固 使用方便，需要温度补偿 只适用于小位移测量 分辨率好，需要屏蔽磁场干扰 分辨率好，被测物体必须是导体 介电常数受环境温度、湿度影响 大；量程越大，体积越大 分辨率好，测量范围小，只能在 局部范围内近似保持线性 测量工作速度可达12 m/min 结构简单，动态特性好；但是量 程小 分辨率高，需要在洁净的环境下 使用
11
安全监测——桥梁
12
安全监测——大型建筑
13
安全监测——输油管道
14
安全监测——航空航天
15
光纤传感器的应用
16
光纤传感器的应用
17
光纤传感器的应用
18
FBG位移传感器设计
许红彬
提纲
一、背景及意义 二、基于混合悬臂梁结构的FBG位移传感器设计
方案 三、基于混合型悬臂梁结构的FBG位移传感器结 构设计与封装 四、基于混合型悬臂梁结构的FBG位移传感器性 能测试
（2）功能型——利用光 纤本身的某种敏感特性。 （感和知）
8
光纤传感技术： Optical Fiber Sensor
光纤传感的原理是在外界因素（如温度、压力、加速度、电压、电流、 位移、振动、转动、弯曲、应变以及生物化学量的影响）直接或间接地 作用于光导纤维上时，可以导致光纤本身的传导光性能的改变，从而使 得光纤内部传导的光波的特征参量（如振幅、波长、相位、偏振态和模 式分布等）发生变化。信号可以通过光纤以透射或者反射的形式输出并 进行解调。
位移/mm
4.2 FBG位移传感器的静态特性分析
误差分析
（1）FBG粘贴误差。在设计中，应将FBG粘贴在混合型
悬臂梁等强度段中轴线上，由于粘贴时手工操作粘贴位置 存在一定的误差，以及涂胶的均匀性等问题，造成采用相 同材料封装的传感器的灵敏度不同。 （2）试件加工及装配精度存在误差。由于该传感器有多 个部件组成，其加工过程也是工人控制机床单件加工，每 个试件的加工精度都在可控的范围内存在不同的误差，再 加上手工装配式产生的误差，可能导致两个理论上相同的 传感器产生不同的误差。 （3）测试精度引起的误差。该测试是通过手动移动平台 上测量的，由于手动调节不够精确，引入的测量误差比较 大。
灵敏度、线性度、迟滞、重复性
61.19 pm/mm ±2.1% 1.6% 1.40%
13 12 11 10
Equation Adj. R-Square
y = a + b*x 0.99786 0.99747 Value Standard Error 0.06638 7.07615E-4 0.07186 7.66067E-4 2.55061 0.06119 2.56546 0.06086