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自适应量程的光频域反射光纤传感互相关算法

光学学报 2021年第13期41卷 162-169页

作者：薛渊泽王学锋唐才杰高红春北京航天控制仪器研究所北京100854 北京光纤传感系统工程技术研究中心北京100094

光频域反射(OFDR)技术是一种基于频域分析的光学检测技术,通过互相关算法可以实现高空间分辨率的分布式光纤温度、应变传感,在航天器、飞行器等的结构健康监测中具有重要的作用。普通互相关运算在OFDR光纤温度、应变传感解调算法中存在... 详细信息

光频域反射(OFDR)技术是一种基于频域分析的光学检测技术,通过互相关算法可以实现高空间分辨率的分布式光纤温度、应变传感,在航天器、飞行器等的结构健康监测中具有重要的作用。普通互相关运算在OFDR光纤温度、应变传感解调算法中存在测量量程较小和计算量较大的问题,限制了OFDR的大量程应用和解调速率的提高。为此,提出一种自适应量程的互相关算法,该算法不仅有效增大了OFDR的温度、应变测量量程,同时提高了系统的解调效率。实验验证了算法的可行性,并测试了算法的运行时间,结果表明该算法可使解调效率提高为原来的2.25倍;实际测量了20~500℃的大量程温度曲线,给出三次方曲线拟合,拟合残差<0.1℃;在±3000με的范围内进行应变测试,测试误差≤5με。

关键词：光纤光学光频域反射光纤分布式传感互相关温度传感应变传感

一种基于外腔式法布里-珀罗干涉仪的光纤加速度计

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中国惯性技术学报 2015年第6期23卷 800-804页

作者：王学锋王明超唐才杰何哲玺北京航天控制仪器研究所北京100854

研制了一种基于外腔式法布里-珀罗(F-P)干涉仪的光纤加速度计,理论分析了影响标度因数的结构参数,并利用有限元分析软件ANSYS对该结构进行仿真分析。F-P干涉仪由光纤端面和固定在弹性膜片上的反射镜组成,膜片上加工两圈花瓣状分布的弧... 详细信息

研制了一种基于外腔式法布里-珀罗(F-P)干涉仪的光纤加速度计,理论分析了影响标度因数的结构参数,并利用有限元分析软件ANSYS对该结构进行仿真分析。F-P干涉仪由光纤端面和固定在弹性膜片上的反射镜组成,膜片上加工两圈花瓣状分布的弧形阵列。这种F-P干涉仪结构标度因数高、横向串扰小。经实验测定,该光纤加速度计标度因数为155.48 rad/g,与仿真分析结果基本吻合,交叉灵敏度仅为4.87×10^(-2) rad/g,分辨率为100mg,零位稳定性为125mg,提出了进一步提高性能的方法。

关键词：光纤加速度计弹性膜片外腔式法布里-珀罗干涉仪

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白光干涉型光纤加速度计的误差分析

光子学报 2016年第6期45卷 41-47页

作者：王明超王学锋王钊唐才杰黄建业北京航天控制仪器研究所北京100854 北京市光纤传感系统工程技术研究中心北京100094

针对所研制的一种能够测量加速度直流信号的光纤加速度计,建立了影响该加速度计测量准确度的光学原理误差、交叉灵敏度误差以及温度引起的误差模型,并对该模型进行了仿真和实验分析.结果表明:随着信噪比增加以及光谱采样间隔减小,解调... 详细信息

针对所研制的一种能够测量加速度直流信号的光纤加速度计,建立了影响该加速度计测量准确度的光学原理误差、交叉灵敏度误差以及温度引起的误差模型,并对该模型进行了仿真和实验分析.结果表明:随着信噪比增加以及光谱采样间隔减小,解调算法的测量误差水平降低,测量准确度可达到4.5×10-5g;在1倍重力加速度下交叉灵敏度误差为1.8mg;当环境温度20℃时,温度每升高(降低)1℃,会使标度因数增加(减小)0.79‰.

关键词：光纤光学光纤加速度计白光干涉误差分析交叉灵敏度标度因数

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光纤光栅温度传感器增敏封装特性研究

半导体光电 2020年第1期41卷 73-76页

作者：王甫江淮易小龙薛渊泽唐才杰北京航天控制仪器研究所北京100854 北京光纤传感系统工程技术研究中心北京100094

通过利用聚酰亚胺涂覆裸光纤光栅的方法研制了一种增敏型光纤光栅温度传感器,其反射波长的温度敏感系数由曾敏前的10pm/℃提升至40pm/℃。在-40~200℃测试环境中,开展了传感器标定和温度精度测量试验。试验结果表明:利用光纤光栅增敏封... 详细信息

通过利用聚酰亚胺涂覆裸光纤光栅的方法研制了一种增敏型光纤光栅温度传感器,其反射波长的温度敏感系数由曾敏前的10pm/℃提升至40pm/℃。在-40~200℃测试环境中,开展了传感器标定和温度精度测量试验。试验结果表明:利用光纤光栅增敏封装,在高低温环境中采用低精度光纤光栅解调仪,传感器的测温精度由±0.4℃提升至±0.1℃。上述结果显示,采用增敏封装结构能够提升光纤光栅温度传感器的测量精度,减低制作成本。

关键词：光纤传感技术光纤光栅温度传感增敏封装测量精度

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再生光纤布拉格光栅的研究进展

激光与光电子学进展 2018年第2期55卷 63-72页

作者：薛渊泽王学锋罗明明唐才杰蓝天北京航天控制仪器研究所北京100854 北京光纤传感系统工程技术研究中心北京100094

再生光纤布拉格光栅是通过对普通光纤布拉格光栅进行高温退火处理得到的一种耐高温光纤光栅,因其在高温下具有光栅光谱不衰退的特性,光纤光栅传感应用于高温环境成为可能。由于再生光纤光栅具有制作简单、成本低廉、传感性能良好等优势... 详细信息

再生光纤布拉格光栅是通过对普通光纤布拉格光栅进行高温退火处理得到的一种耐高温光纤光栅,因其在高温下具有光栅光谱不衰退的特性,光纤光栅传感应用于高温环境成为可能。由于再生光纤光栅具有制作简单、成本低廉、传感性能良好等优势,国内外学者对再生光纤光栅的性能及其传感应用进行了大量的研究。从再生光纤光栅的形成机理、制作方法、特殊类型光栅再生以及光纤光栅机械强度保护4个方面对现阶段再生光纤光栅的研究进行总结、分析,并根据已经进行的研究内容对其高温传感应用进行了展望。

关键词：光纤光学再生光纤布拉格光栅退火高温传感

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高温光纤法珀压力传感器研究进展

仪表技术与传感器 2020年第12期 26-31页

作者：高红春唐才杰蓝天王学锋北京航天控制仪器研究所北京100854 北京光纤传感系统工程技术研究中心北京100094

光纤法珀压力传感器具有耐高温、体积小、质量轻、抗电磁干扰、本征安全等优势,在航空航天、石油电力、化工冶炼等领域具有广泛的应用前景。本文从工作原理、探头材料及制作、传感器封装3个方面对高温光纤法珀压力传感器的研究进行了分... 详细信息

光纤法珀压力传感器具有耐高温、体积小、质量轻、抗电磁干扰、本征安全等优势,在航空航天、石油电力、化工冶炼等领域具有广泛的应用前景。本文从工作原理、探头材料及制作、传感器封装3个方面对高温光纤法珀压力传感器的研究进行了分析总结,并在此基础上进行了展望。蓝宝石和碳化硅在超高温(1500~1600℃)环境下仍然具有优良的机械性能,是制备高温光纤法珀压力传感器的理想材料,研究方向将集中于探头元件集成技术以及传感器封装技术。

关键词：光纤传感器法珀干涉仪高温压力

基于可调谐激光器的光纤光栅高速解调的时延误差补偿方法

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光电子．激光 2023年第2期34卷 174-179页

作者：唐才杰王学锋卞贺明王甫阚宝玺杨飒北京航天控制仪器研究所北京100854 北京光纤传感系统工程技术研究中心北京100094 西安航天动力研究所陕西西安710100

基于可调谐激光器的光纤光栅(fiber Bragg grating, FBG)解调仪用于FBG传感器的远距离、高速测量时,光传输时延会导致显著的波长解调误差。本文设计了一种补偿光传输时延导致的FBG解调误差的方法,可调谐激光器在工作光频率范围内进行高... 详细信息

基于可调谐激光器的光纤光栅(fiber Bragg grating, FBG)解调仪用于FBG传感器的远距离、高速测量时,光传输时延会导致显著的波长解调误差。本文设计了一种补偿光传输时延导致的FBG解调误差的方法,可调谐激光器在工作光频率范围内进行高线性度的正向、反向扫描,利用正向、反向扫描过程中的光电探测信号的FBG反射峰差异,对光传输时延导致的波长解调误差进行补偿。试验结果表明,在50 kHz解调频率和100 m连接光纤长度条件下,将光传输时延导致的波长解调误差由2 nm降低到小于10pm。

关键词：可调谐激光器光纤光栅(FBG) 波长解调误差补偿光传输时延

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基于光纤光栅传感器的复合材料气瓶应变检测

宇航材料工艺 2023年第2期53卷 111-116页

作者：阚宝玺杨超王学锋唐才杰崔留住王俊锋北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100083 北京航天控制仪器研究所北京100094 北京市光纤传感系统工程技术研究中心北京100094 航天材料及工艺研究所北京100076

针对复合材料气瓶应变检测的需求,提出了一种光纤光栅传感器植入碳纤维缠绕铝合金内衬的复合材料气瓶的方法,首先在室温下将光纤光栅传感器粘接在经过喷砂处理的铝合金内衬外表面,然后对粘接了光纤光栅传感器的铝合金内衬进行高温老炼,... 详细信息

针对复合材料气瓶应变检测的需求,提出了一种光纤光栅传感器植入碳纤维缠绕铝合金内衬的复合材料气瓶的方法,首先在室温下将光纤光栅传感器粘接在经过喷砂处理的铝合金内衬外表面,然后对粘接了光纤光栅传感器的铝合金内衬进行高温老炼,最后进行碳纤维缠绕和固化。开展了8只光纤光栅应变传感器植入复合材料气瓶的试验,其中6只传感器在复合材料气瓶150℃/1.5 h固化后保持存活,实现了复合材料气瓶固化、水压疲劳、高温试验等过程中的应变检测。结果表明,所提出的方法可以减小内衬的粗糙外表面导致的光纤光栅信号衰减,验证了光纤光栅传感器植入复合材料气瓶进行应变检测的可行性。

关键词：复合材料气瓶应变光纤传感器光纤光栅

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植入式光纤光栅应变传感器的湿度影响

红外与激光工程 2018年第S1期47卷 92-98页

作者：阚宝玺杨超卞贺明唐才杰黄建业王学锋孟庆平孙维高行素北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100083 北京航天控制仪器研究所北京100094 北京市光纤传感系统工程技术研究中心北京100094 中国空间技术研究院总体部北京100094

植入复合材料的光纤光栅应变传感器通常涂覆了工作温度高、抗拉强度大的聚酰亚胺。然而，聚酰亚胺涂覆层的体积受湿度影响。采用理论分析、有限元仿真和实验的方法，研究了湿度对植入碳纤维复合材料的光纤光栅应变传感器的影响。优化网... 详细信息

植入复合材料的光纤光栅应变传感器通常涂覆了工作温度高、抗拉强度大的聚酰亚胺。然而，聚酰亚胺涂覆层的体积受湿度影响。采用理论分析、有限元仿真和实验的方法，研究了湿度对植入碳纤维复合材料的光纤光栅应变传感器的影响。优化网格划分以提高仿真精度，湿度变化导致的光纤光栅应变传感器应变变化的仿真值小于4μs。湿度实验进行了10天连续测量，经过温度补偿后，植入复合材料的光纤光栅应变传感器测量值变化小于8μs。分析和实验结果表明，湿度变化对聚酰亚胺涂覆的植入式光纤光栅应变传感器没有显著影响。通过拉伸试验对植入式光纤光栅应变传感器的重复性、线性度等指标进行了测试和分析，结果表明传感器具有良好的重复性和线性度。

关键词：光纤Bragg光栅应变传感器湿度复合材料植入式