基于光纤光栅的扭矩传感器

为了实现恶劣条件下对扭矩的精确稳定测量,设计并实现了一种新型的基于光纤光栅的扭矩传感器。为克服扭矩测量系统易受外界影响的缺点,设计了光纤光栅全桥光路,实现了温度和弯矩的自动补偿。通过扭矩标准装置加载试验和水下环境加载试验分别测试了其测量精确度以及水下工作性能。结果表明,该光纤光栅扭矩传感器的最大非线性误差、重复性以及水下工作稳定性均达到0.1%以内,说明该传感器不但具有良好的测量精度,而且能够在船用环境等恶劣扭矩测量条件下较好地工作。研究结果为船用环境中扭矩测量的研究与应用提供了重要参考。     

基于声表面波技术的无线无源扭矩测量系统研究与实现

针对转轴扭矩测量问题,基于声表面波技术,开发无线无源的声表面波扭矩测量系统。在分析了声表面波扭矩测量的敏感机理和理论模型的基础上,设计了改进Hiccup结构的单端口谐振器,使谐振器的理论空载Q值达到14000左右。设计了声表面波信号无线获取和处理系统,制作了完整的系统样机。实际测试结果表明,所设计传感器的灵敏度达到3.968kHZ/Nm,与理论计算结果高度吻合。在1000Nm量程范围,测量系统的最大非线性、重复性误差约为0.5%FS。     

具有温度自补偿功能的光纤光栅传感器结构研制

长周期光纤光栅在拉紧的状态下粘贴在材料为铜和树脂玻璃的衬底材料上,利用材料受热膨胀引起的应变变化原理补偿温度漂移,设计了一种无源温度补偿技术。结果表明,未补偿的光纤光栅的温度灵敏度为118pm/℃左右,安装在铜制衬底上时为78pm/℃左右,而安装在树脂玻璃衬底时光纤光栅透射光谱的波形将发生改变。试验证明选择合适衬底材料可改善长周期光纤光栅波长的温度稳定性,该技术可运用于船舶进行关键参数的工程测量。     

船用光纤光栅应变传感器温度补偿技术

为了使基于光纤光栅的船舶结构安全监测系统的测量结果更加准确，设计试验装置，定量研究预拉伸值、封装形式和封装基底等因素对光纤光栅（FBG）传感器温度灵敏度的影响；测试多个型号的光纤光栅传感器进行验证，并为船用光纤光栅应变传感器设计温度补偿传感器。研究结果表明：预拉状态和封装基底材料是影响光纤光栅传感器温度灵敏度的主要因素，使用与被补偿传感器一致的基底材料和封装工艺制作温度补偿传感器能够达到理想的效果。此外，研究中还给出了光纤光栅温度补偿传感器选择、设计的基本原则和方法。