光纤光栅压力传感器

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光纤压力传感器原理及特点

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。

具有温度补偿的膜片型光纤光栅温度压力传感器

具有温度补偿的膜片型光纤光栅温度压力传感器

关键词 :光纤光栅 ; 压力传感器 ;弹性 膜片 ; 温度补偿
中 图分 类 号 :T N2 5 3 文献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :1 0 0 0 - 9 7 8 7 ( 2 0 1 3 ) 0 4 - 0 0 9 8 - 0 3
Op t i c a l ib f e r g r a t i n g t e mp e r a t u r e a n d pr e s s ur e s e n s o r
b a s e d o n d i a p hr a g m wi t h t e m pe r a t u r e c o m pe ns a t i o n
CAI An’

YI N Xi n— d a 。 CHANG Xi a o . d o n g 。 J I ANG S h a n
2 . WU T OS T e c h n o l o g y C o L t d, Wu h a n 4 3 0 2 2 3 , C h i n a )
Ab s t r a c t : Op t i c a l f i b e r g r a t i n g t e mp e r a t u r e a n d p r e s s u r e s e n s o r b a s e d o n d i a p h r a g m w i t h t e mp e r a t u r e
在压力作用下产生轴 向位移来压缩压力敏感光栅以实现压力传感 ; 通过结构 温度补偿 消除压力敏感光栅 的温度漂移 , 同时串入感温光栅进行实 时修正并实现温度测量 。对传感器的压 力和温度特性进行 了测量 。
试验结果表 明: 压力灵敏度为 5 2 8 p m / M P a , 温度灵敏度 为 8 p m /  ̄ C。

光纤光栅轮辐式压力传感器的研究

光纤光栅轮辐式压力传感器的研究

光纤光栅轮辐式压力传感器的研究摘要光纤光栅是二十世纪九十年代以来国际上新兴的一种基础性光纤器件。

温度和应变传感是光纤光栅传感器最主要和直接的应用,但一直存在着温度、应变交叉敏感的问题。

本文设计了一种新颖的轮辐式光纤光栅压力传感器,有效地消除了温度对压力测量的影响,进而可以实现压力和温度的同时测量.关键词:光纤光栅,轮辐,压力,温度,传感器1.压力传感实验将一根光纤光栅粘贴在轮辐式压力盒的一片轮辐上,光栅布拉格波长为1539.60nm。

将制成的压力传感器置于自制的千斤顶上,用千斤顶施加压力,用测力环测量压力,同时应用光谱分析仪(Q8383型)测量波长的变化。

在0~30KN的压力范围内,经数据拟合,这种封装的压力传感器的压力响应曲线具有良好的线性度(R2=0.9998),压力灵敏系数为-0.02843nm/KN(相当于1.847×10-5KN-1)。

我们选用的光纤光栅的中心波长是λB=1539.60nm,半峰宽0.26nm,反射率90%。

根据式计算,光纤光栅压力灵敏度的理论计算值为-0.02979nm/KN,比实际测量值大。

这是因为第一,受粘贴工艺条件的限制,光栅与轮辐中性面的夹角小于,这时,光栅部分的应变值小于理论计算值,这就导致了压力灵敏度下降;第二,粘贴用的胶是手工涂覆的,与轮辐结合得不够紧密,不是刚性粘贴,这样,轮辐的形变不能有效的带动光栅,也会造成压力灵敏度的下降;第三,我们采用的实验装置的施力、测力方向没有严格与压力盒的中轴线保持在一条直线上,这样在施力的过程中,在垂直于压力盒中轴线的方向上有力的分量,压力盒上受到的沿中轴线的、对光栅应变起作用的力就减小,光栅上产生的应变就会减小,波长漂移随之减小,也会导致压力灵敏度的下降。

上述第三点如能很好的解决,压力响应曲线的斜率和线性度还可以有效的提高。

实验表明,增大光栅的粘贴角度(使之尽量接近角粘贴),采用与光纤、金属结合更为紧密的胶,改进粘贴工艺,设计更为合理的施力、测力装置,可使实验结果和理论计算更为相符。

光纤光栅传感器的原理应用

光纤光栅传感器的原理应用

光纤光栅传感器的原理应用1. 光纤光栅传感器的基本原理光纤光栅传感器是一种基于光纤光栅原理的传感器,主要用于测量和监测光纤中的温度、应变、压力等物理量。

其基本原理如下:•光纤光栅构造:光纤光栅由一段光纤中定期布置的光栅构成,其中光栅中的折射率周期性变化,形成了一个光栅结构。

•光栅反射与折射:当光线传播通过光纤光栅时,一部分光线会被光栅反射回来,另一部分光线会因为光栅的折射而偏转。

•光栅中的相位偏移:当外界物理量(如温度、应变、压力)作用于光栅光纤时,会引起光栅的折射率发生改变,从而导致光栅中的相位偏移。

•相位偏移的测量:通过测量光纤光栅反射光的相位,可以间接得到光栅中的相位偏移,进而推导出外界物理量的变化。

2. 光纤光栅传感器的应用领域光纤光栅传感器在各个领域都有广泛的应用,包括但不限于以下方面:2.1 温度传感•石油和化工工业:用于测量和监测油井和化工过程中的温度变化,以确保设备的正常运行和安全性。

•电力系统:用于测量电力设备和输电线路中的温度,以保护设备并及时发现故障。

•环境监测:用于测量大气温度、水温等环境参数,用于气象和环境保护研究。

2.2 应变传感•结构安全监测:用于测量桥梁、建筑物等结构的应变变化,以预防和监测结构的损坏。

•航天航空领域:用于测量飞机、火箭等复杂结构的应变,以保证其安全性和稳定性。

•汽车工业:用于测量汽车和列车等交通工具的应变,以确保车辆的安全性和性能。

2.3 压力传感•工业自动化:用于测量和监测工业设备中的压力变化,以控制和调节设备的运行状态。

•化工过程:用于测量化工过程中的压力,以确保设备的正常运行和安全性。

•石油勘探:用于测量油井中的压力变化,以评估油井的产量和储量。

3. 光纤光栅传感器的优势和特点光纤光栅传感器具有以下优势和特点:•高灵敏度:光纤光栅传感器能够实现高精度的物理量测量,具有很高的灵敏度和分辨率。

•远距离传输:光纤传输具有低损耗和高带宽的特点,可实现长距离传输和分布式测量。

2024年光纤光栅传感器市场发展现状

2024年光纤光栅传感器市场发展现状

2024年光纤光栅传感器市场发展现状摘要光纤光栅传感器是一种基于光纤光栅技术的传感器,通过对光纤光栅进行测量和分析,实现对温度、应变、压力等物理量的传感和监测。

本文分析了光纤光栅传感器的市场发展现状,包括技术进展、应用领域和市场规模等方面,并对未来的发展趋势进行展望。

1. 引言光纤光栅传感器是一种基于光纤光栅技术的传感器,具有高灵敏度、抗干扰能力强、体积小等优点,在工业、医疗、航空航天等领域有广泛的应用。

近年来,随着技术的不断进步和需求的增加,光纤光栅传感器市场也呈现出快速发展的态势。

2. 技术进展光纤光栅传感器技术在过去几十年中取得了长足的发展。

最早的光纤光栅传感器采用单点传感的方式,只能实现对单个物理量的监测。

随着技术的进步,现在的光纤光栅传感器可以实现对多个物理量的同时监测,并且具有更高的精度和灵敏度。

另外,随着微纳制造技术的发展,光纤光栅传感器的体积也不断减小,尺寸更加紧凑,便于在复杂环境中的安装和应用。

此外,光纤光栅传感器还与其他传感技术结合,如惯性导航、无线通信等,提高了其在实际应用中的性能和功能。

3. 应用领域光纤光栅传感器在众多领域中都有着广泛的应用。

其中,工业领域是其主要应用领域之一。

工业中的光纤光栅传感器主要应用于温度、压力、应变等物理量的监测和控制。

另外,光纤光栅传感器在医疗领域也有重要的应用,如生物医学传感、病情监测等方面。

此外,光纤光栅传感器在航空航天、海洋工程、能源领域等也有广泛的应用。

例如,在航空航天领域,光纤光栅传感器可以用于飞行器结构的监测和故障诊断,提高飞行安全性。

在海洋工程领域,光纤光栅传感器可以实现对海水温度、压力等参数的监测,为海洋资源开发和环境保护提供数据支持。

4. 市场规模光纤光栅传感器市场在过去几年中呈现出快速增长的趋势。

根据市场研究机构的数据显示,全球光纤光栅传感器市场规模从2015年的约10亿美元增长到2020年的约20亿美元,年复合增长率超过10%。

光纤光栅压力传感器

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。

光纤光栅传感器

光纤光栅传感器

温度传感
温度传感
光纤光栅传感器能够实时监测温度变化,广 泛应用于电力、能源、环保等领域的温度监 控。通过将光纤光栅传感器安装在发热设备 或热流通道中,可以实时监测温度,实现设 备的预防性维护和安全控制。
温度传感特点
光纤光栅传感器具有测温范围广、响应速度 快、精度高、稳定性好等特点,能够实现高 精度的温度测量和实时监测。
航空航天
用于监测飞机和航天器的结构健康状况,如机翼、 机身等关键部位的温度、应变和振动等参数。
智能交通
用于监测高速公路、桥梁和隧道等基础设施的结 构健康状况,以及车辆速度、流量等交通参数。
06 光纤光栅传感器与其他传 感器的比较
电容式传感器
总结词
电容式传感器利用电场感应原理,通过测量电容器极板 间距离的变化来检测位移或形变。
分布式测量
长距离传输
光纤光栅传感器可以实现分布式测量,即 在同一条光纤上布置多个光栅,实现对多 点同时监测。
光纤光栅传感器以光纤为传输媒介,可实 现远距离信号传输,适用于长距离、大规 模监测系统。
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感谢您的观看
抗电磁干扰
光纤光栅传感器采用光信号传输,不 受电磁干扰的影响,特别适合在强电 磁场环境下工作。这使得光纤光栅传 感器在电力、航空航天、军事等领域 具有广泛的应用前景。
光纤光栅传感器的抗电磁干扰特性使 其在复杂环境中能够稳定工作,提高 了测量的可靠性和准确性。
耐腐蚀与高温
光纤光栅传感器采用石英光纤作为传输介质,具有优良的化 学稳定性和耐腐蚀性,能够在恶劣的化学环境下正常工作。 同时,石英光纤的熔点高达1700℃,使得光纤光栅传感器能 够在高温环境下进行测量。
光纤光栅传感器

光纤光栅传感器

光纤光栅传感器

光纤光栅传感器概述光纤光栅传感器是一种基于光纤传输和光栅技术的传感器。

它利用光栅的特性来测量光纤中的光信号,从而实现对物理量的测量和监测。

光纤光栅传感器具有高精度、长寿命、抗干扰等特点,在许多领域中广泛应用。

工作原理光纤光栅传感器的工作原理基于布拉格光栅的特性。

布拉格光栅是一种光学衍射结构,它由一系列等间距的折射率变化区域组成。

当入射光波与光栅相互作用时,会发生光衍射现象。

根据不同的入射角度和波长,只有特定的波长会在特定的入射角度下被反射回来。

这个特定波长就是布拉格波长。

在光纤光栅传感器中,通过将光纤中一段长度的折射率周期性变化,形成一个布拉格光栅。

当光信号从光纤中传输经过光栅区域时,会发生衍射现象,反射出特定波长的光信号。

通过测量这个特定波长的光信号的强度变化,可以得到物理量的信息。

应用领域光纤光栅传感器在许多领域中得到广泛应用。

以下是一些典型的应用领域:1. 温度测量:光纤光栅传感器可以通过测量光栅中的布拉格波长随温度的变化来实现温度的测量。

这种传感器具有高精度、快速响应等优点,在工业过程控制、环境监测等方面应用广泛。

2. 应变测量:光纤光栅传感器可以通过测量光纤中的布拉格波长随应变的变化来实现应变的测量。

由于光纤的柔性和高强度特性,这种传感器在结构健康监测、材料力学测试等领域中具有广泛的应用前景。

3. 液位测量:光纤光栅传感器可以通过测量光栅中的布拉格波长随液位的变化来实现液位的测量。

这种传感器具有高灵敏度、非接触式测量等优点,适用于液体储罐、水池等液位监测场景。

4. 压力测量:光纤光栅传感器可以通过测量光栅中的布拉格波长随压力的变化来实现压力的测量。

这种传感器具有高精度、快速响应等优点,适用于工业流体控制、汽车发动机监测等领域。

总结光纤光栅传感器是一种基于光纤传输和光栅技术的传感器,利用光栅的特性来测量光纤中的光信号,实现对物理量的测量和监测。

它具有高精度、长寿命、抗干扰等优点,在温度测量、应变测量、液位测量、压力测量等领域中得到广泛应用。

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The research of FBG pressure sensing on the application of engineering
ABSTRACT
Fiber grating is one of the most rapid passive optical fiber components in recent years. Since 1978, the year when K.O.Hill and others first used the standing wave writing way in the germanium-doped fiber and make the world's first fiber grating, because of its’ many unique advantages, the use of the fiber grating in optical fiber communications Fields and fiber optic sensor Fields are broad prospected. With fiber grating manufacturing technology continues to improve, and the outcome of the application increasing, the fiber grating has been one of the most promising and representative optical passive components. The emergence of fiber grating makes many of the complex all-fiber communications and sensor networks possible, which greatly widened the scope of application of optical fiber technology.
As sensor component, fiber grating also possesses other special functions. For example, high ability of resisting electromagnetism disturb, small size and weight, high temperature-proof, high ability of multiplex, being liable to connect with fiber, low loss, good spectrum characteristic, erosion-proof, high sensitivity, being liable to deform and so on. At present, the sensor that adopts FBG (fiber Bragg grating) as sensor components has become the main stream of development and cultivation. Pressure is the direct cause of the drifting of the Bragg wavelength of the grating, so research on the FBG pressure sensing character in-depth is important to the FBG sensing technology.
The design is on the basis of understanding of FBG sensing elements; explore the using of FBG pressure character, so research on the FBG pressure sensing character in-depth is important to the FBG sensing technology. Bring forward a package project that can be used and the text.
1. Generally introducing the history of the development of the
optical fiber grating, the classification and the writing technology of the FBG. And the development and application of technology of the FBG sensing technology.
2. Analyzing the principal theory of FBG sensing, and
comprehensively analyzing the multiplexing techniques of fiber gratings such as WDM、TDM、SDM etc.
3.Studying the pressure sensing character of the bare grating and self-produced fiber grating pressure sensor. Expounding the theory and structure of packaging and doing the related experiment, we also analyzing the data and drawing the relevant conclusion on the experiment. In addition, the application of birefringence overcomes the cross-sensitization of temperature and pressure.
Key words: Optical Fiber Grating, Optical Fiber Bragg Grating, Sensing, Sensing Character, Pressure Sensing, Pressure
Sensing Character
光纤光栅压力传感器工程化研究
摘要
光纤光栅是最近几年发展最为迅速的光纤无源器件之一。

自从1978年K.O.Hill 等人首先在掺锗光纤中采用驻波写入法制成世界上第一只光纤光栅以来,由于它具有许多独特的优点,因而在光纤通信、光纤传感等领域均有广阔的应用前景。

随着光纤光栅制造技术的不断完善,应用成果的日益增多,使得光纤光栅成为目前最有发展前途,最具代表性的光纤无源器件之一。

由于光纤光栅的出现,使许多复杂全光纤通信和传感网成为可能,极大拓宽了光纤技术的应用范围。

光纤光栅作为传感元件还具有一些独特的性质,例如:抗电磁干扰能力强、尺寸小、重量轻、耐温性好、复用能力强、易与光纤连接、低损耗、光谱特性好、耐腐蚀、高灵敏度、易形变等等。

目前,已报道的光纤光栅传感器可以检测的物理量有:温度、应变、压力、位移、压强、扭角、扭矩(扭应力)、加速度、电流、电压、磁场、频率、浓度、热膨胀系数、振动等,其中一部分光纤光栅传感系统已经实际应用。

而以布拉格光纤光栅(FBG: fiber Bragg grating)为传感元件的传感器已成为研发主流。

压力则是光栅布拉格波长发生漂移的直接原因之一,研究光纤光栅的压力传感特性对深入研究光纤光栅传感技术有重要意义。

本设计在深入理解光纤光栅传感机理的基础上,探索利用光纤光栅进行压力传感的工程化封装技术,提出一种工程上可实际利用的封装方案并进行实验。

主要包括以下内容:
1、概述了光纤及光纤光栅发展的历史,介绍了光纤光栅的分类与光纤
光栅传感技术的发展与应用。

2、分析了光纤光栅传感的基本原理
3、研究了裸光栅的应变传感特性,并自行制作了光纤光栅压力传感器,
阐述了其封装原理与结构并进行了相关实验,并在实验的基础上进
行了数据分析并得出相关结论。

另外,在此基础上,就温度、压力
交叉敏感问题提出了相关温度补偿解决方案。

关键词:光纤光栅,光纤Bragg光栅,传感,传感特性,压力传感,压力传感特性。

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