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基于双包层光纤布拉格光栅传感器的锂电池组温度场监控

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物理学报 2022年第10期71卷 143-151页

作者：王浩曹珊珊苏俊豪徐海涛王震郑加金韦玮南京邮电大学电子与光学工程学院南京210023 中天科技光纤有限公司南通226009 南京邮电大学江苏省特种光纤材料与器件制备及应用工程研究中心南京210023

锂离子电池是当今最通用的储能技术之一,锂电池的可靠性和安全性一直是业界追求的目标,因此准确监控电池安全状态显得尤为重要.锂电池内部的热失控是一切锂电池安全问题的根源,为克服目前锂电池组温度测量系统测温精度不高,较高温度下... 详细信息

锂离子电池是当今最通用的储能技术之一,锂电池的可靠性和安全性一直是业界追求的目标,因此准确监控电池安全状态显得尤为重要.锂电池内部的热失控是一切锂电池安全问题的根源,为克服目前锂电池组温度测量系统测温精度不高,较高温度下长时间工作稳定性不足等问题,本文提出了一种基于双包层光纤布拉格光栅(FBG)的准分布式锂电池组温度监测系统.通过搭建4通道16个双包层FBG点位对18650锂电池组进行温度场及鼓包形变监测,结果表明在0—450℃的温度条件下可以精确确定由短路等问题产生异常温度升高的点位,相应温度灵敏度为10 pm/℃,分辨率达0.1℃,并且贴于锂电池壳体表面的双包层FBG还可以监测电池壳体表面出现的鼓包形变现象,其纵向压力应变灵敏度达142 pm/N.本文的双包层FBG准分布式锂电池组温度场监测系统既可以保证高精度的温度、形变测量,同时具有良好的稳定性和抗干扰能力,表明本文的研究工作有望为锂电池组的安全监测和使用提供可靠的理论与实验依据.

关键词：光纤布拉格光栅传感器双包层光纤锂电池组温度监控

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光纤布拉格光栅传感器应变传递双向耦合分析

光子学报 2020年第8期49卷 58-67页

作者：吴入军张晓峰郑百林陈田上海电机学院机械学院上海201318 同济大学航空航天与力学学院上海200092

粘贴于受弯基体表面的光纤布拉格光栅传感器测量应变与基体真实应变之间存在误差,因此研究光纤布拉格光栅传感器的变形机理、分析测量应变与真实应变之间的关系是目前的研究热点.首先研究光纤布拉格光栅传感器与基体之间的相互作用机理... 详细信息

粘贴于受弯基体表面的光纤布拉格光栅传感器测量应变与基体真实应变之间存在误差,因此研究光纤布拉格光栅传感器的变形机理、分析测量应变与真实应变之间的关系是目前的研究热点.首先研究光纤布拉格光栅传感器与基体之间的相互作用机理,然后,利用有限元解、实验值和理论解进行对比验证,并分析产生误差的原因.最后,通过参数分析研究弹性模量、厚度、粘结长度等参数对光纤布拉格光栅传感器测量效果的影响.结果表明有限元解、实验值和理论解具有相同的变化趋势,有限元解与理论解的误差在2%以内,测量值与理论解的误差在7%以内.平均应变传递率随着基体弹性模量的增大、粘结长度的增长而逐渐增大,随粘结层弹性模量的减小、粘结层厚度的增大而逐渐减小.该理论对应用于受弯基体应变测量的光纤布拉格光栅传感器的设计具有一定的指导意义.

关键词：光学工程应变测量力学分析光纤布拉格光栅传感器

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光纤布拉格光栅传感器优化方法研究

现代电子技术 2018年第23期41卷 161-164页

作者：韩小雨李田泽山东理工大学山东淄博255000

光纤布拉格光栅传感器(FBGS)是光纤传感器的一种,可以实现对温度、应变等物理量的直接测量,但存在精度和反射功率低及交叉敏感等问题。提出一种新的算法,该算法基于传感器系统及Matlab工具,使用新的流程表达式对传递矩阵法(TMM)和耦合... 详细信息

光纤布拉格光栅传感器(FBGS)是光纤传感器的一种,可以实现对温度、应变等物理量的直接测量,但存在精度和反射功率低及交叉敏感等问题。提出一种新的算法,该算法基于传感器系统及Matlab工具,使用新的流程表达式对传递矩阵法(TMM)和耦合模式理论(CMT)进行编程,其主要目的是寻求更高的反射功率及精度。结果表明,所提出的算法可有效优化FBGS窗口轮廓,有助于获得更好的结果。

关键词：光纤布拉格光栅传感器耦合模式理论转移矩阵法传递矩阵法 FBGS优化 Matlab

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光纤布拉格光栅传感器波长检测方法研究

光纤布拉格光栅传感器波长检测方法研究

作者：王坤重庆邮电大学

学位级别：硕士

光纤传感技术因其诸多优势已广泛应用于军事、航空、医疗、化工等领域。解调是光纤布拉格光栅(FBG)传感系统的关键技术，波长检测技术是解调的重点。波长检测技术包括去噪和寻峰两部分，合理选取去噪方案和峰值检测策略是提高解调精度... 详细信息

光纤传感技术因其诸多优势已广泛应用于军事、航空、医疗、化工等领域。解调是光纤布拉格光栅(FBG)传感系统的关键技术，波长检测技术是解调的重点。波长检测技术包括去噪和寻峰两部分，合理选取去噪方案和峰值检测策略是提高解调精度的保证，其研究具有一定的学术意义和工程应用价值。采用小波阈值法对含噪信号进行降噪，分析影响小波去噪的四个因素，即：分解尺度、小波基、阈值和阈值函数，设计了两种基于小波阈值方法的FBG信号去噪方案。①逐项处理小波系数，提出基于小波能量熵的最佳分解尺度确定方法和加权融合小波基方法;而对于小波去噪中阈值和阈值函数选取问题，本文改进了自寻优阈值选取策略，并提出了折中法阈值函数中最优参数选取方法;②基于邻域系数的小波去噪，提出一种改进的能够随着分解尺度的增加而变化的阈值和阈值函数。为了获得精确的中心波长漂移量，通过分析现有寻峰算法的优缺点，提出基于稀疏光谱的FBG峰值检测的三点寻峰算法。在此基础上确定影响峰值检测精度的窗口大小、稀疏光谱数据个数和波长间隔三要素。本文采用求导法确定光谱处理窗口大小;设置采样间隔对窗口内光谱进行重采样，获得稀疏光谱数据并进行多项式拟合;根据拟合结果选取合适的波长间隔从而确定三点坐标，对FBG反射谱进行峰值检测。搭建基于FBG温度传感系统平台，通过实验验证本文所提去噪方法和寻峰算法的有效性。

关键词：光纤布拉格光栅传感器波长检测技术去噪小波变换峰值检测

利用双光杠杆测量非等截面光纤布拉格光栅传感器的应变系数

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光学精密工程 2016年第2期24卷 245-250页

作者：徐健杨德兴姜亚军杜波波西北工业大学理学院陕西省光信息技术重点实验室陕西西安710129

使用单个光杠杆监测传感器应变时,传感器两端的被夹持部位受力后易与电子万能试验机的夹持器产生滑移。为了消除滑移影响以提高测试精度,本文使用两套光杠杆建立了测量弹性受力部位呈非等截面的光纤布拉格光栅(FBG)传感器等效应变系数η... 详细信息

使用单个光杠杆监测传感器应变时,传感器两端的被夹持部位受力后易与电子万能试验机的夹持器产生滑移。为了消除滑移影响以提高测试精度,本文使用两套光杠杆建立了测量弹性受力部位呈非等截面的光纤布拉格光栅(FBG)传感器等效应变系数ηεeff的实验测量系统。测试时,将两套光杠杆的平面反射镜分别安放在传感器弹性受力部位两侧的固定端端面上,测量出两个固定端在受力变形后的相对位移和相应的FBG中心波长变化量。然后,使用曲线拟合法和累加均值法对实验测得的数据进行处理来获得ηεeff。建立了仿真模型,得到了ηεeff预估值并与实测值进行了对比。结果显示:实验测得的ηεeff为0.681 7με/pm,精度为0.91%,与仿真获得的预估值0.672 0με/pm相差仅为1.42%。该方法满足了准确测量非等截面结构FBG传感器应变系数的要求。

关键词：双光杠杆应变系数测量光纤布拉格光栅传感器复杂结构

埋入光纤布拉格光栅传感器的智能碳纤维复合塑料

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吉林大学学报（工学版） 2008年第6期38卷 1300-1304页

作者：卢少微谢怀勤陈平沈阳航空工业学院材料工程系沈阳110034 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院哈尔滨150001

根据弹性力学和边界条件,得出了光纤布拉格光栅(FBG)传感器应变测量值与基体材料实际应变的关系方程。通过裸光栅直埋基体材料界面传递的特征系数,可表征和计算FBG检测应变与测点实际应变的误差及修正系数。并对固化于CFRP的FBG变传感... 详细信息

根据弹性力学和边界条件,得出了光纤布拉格光栅(FBG)传感器应变测量值与基体材料实际应变的关系方程。通过裸光栅直埋基体材料界面传递的特征系数,可表征和计算FBG检测应变与测点实际应变的误差及修正系数。并对固化于CFRP的FBG变传感特性进行了实验研究。结果表明:FBGBragg波长对应变表现出很好的线性和重复性。用电阻应变仪对FBG传感器应变传感特性进行实验对比标定,得出了表征FBG性能的应变传感灵敏系数。FBG传感器具有优异的应变传感特性,为先进智能复合材料的研发与应用提供了依据。

关键词：复合材料光纤布拉格光栅传感器碳纤维复合塑料界面传递特性应变传感

镀金光纤布拉格光栅传感器用于锂离子电池原位检测的可行性

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激光与光电子学进展 2017年第4期54卷 105-111页

作者：刘延超方进徐翀魏斌官亦标范茂松闫旭锋高超北京交通大学电气工程学院北京100044 中国电力科学研究院储能与电工新技术研究所北京100192

提出了一种在锂离子电池制作过程中粘贴镀金光纤布拉格光栅(FBG)传感器的锂离子电池原位检测方法,该方法可用于采集锂离子电池的初始物理量。研究了将镀金FBG传感器埋入锂离子电池的位置及方法,分析了埋入镀金FBG传感器后电池的性能。... 详细信息

提出了一种在锂离子电池制作过程中粘贴镀金光纤布拉格光栅(FBG)传感器的锂离子电池原位检测方法,该方法可用于采集锂离子电池的初始物理量。研究了将镀金FBG传感器埋入锂离子电池的位置及方法,分析了埋入镀金FBG传感器后电池的性能。对锂离子电池进行了充放电实验,并拆封了实验所用的电池样本。实验结果表明,镀金FBG传感器可用于一般环境下的温度采集;锂离子电池中FBG传感器的镀金层遭到腐蚀,导致FBG传感器的波长产生漂移,镀金层避免了裸FBG传感器的结构受到破坏,因此对FBG传感器重新标定后,可采集电池内部的温度。该研究为应用于锂离子电池原位检测的FBG传感器的选择提供了参考。

关键词：光纤光学锂离子电池原位检测技术光纤布拉格光栅传感器传感器标定充放电实验

光纤布拉格光栅传感器在温度计量中的应用前景

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中国计量 2012年第10期 77-79页

作者：孟景华周彤刘英王文光王晓亮黑龙江省计量检定测试院

光纤布拉格光栅传感器（FBG）是波长编码传感器．它将感测到的信息转化为其响应波长的移动．即用波长编码，与光源起伏、光纤弯曲损耗、光纤连接损耗、光波偏振态无关，具有很强的抗干扰能力，可实现分布式多点实时在线传感，适用于温... 详细信息

光纤布拉格光栅传感器（FBG）是波长编码传感器．它将感测到的信息转化为其响应波长的移动．即用波长编码，与光源起伏、光纤弯曲损耗、光纤连接损耗、光波偏振态无关，具有很强的抗干扰能力，可实现分布式多点实时在线传感，适用于温度、应力、应变等物理量的测量。温度传感是FBG最主要和最直接的应用之一。温度对光纤光栅反射波长的影响是由热膨胀效应和热光效应引起的。

关键词：光纤布拉格光栅传感器温度计量应用波长编码光纤连接损耗抗干扰能力信息转化弯曲损耗

基于光纤布拉格光栅传感器的结构动力学实验与参数辨识研究

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基于光纤布拉格光栅传感器的结构动力学实验与参数辨识研究

作者：周小陈北京理工大学

学位级别：硕士

随着空间技术的发展,对大型航天器的需求变得愈加迫切,大型化导致的结构轻质量、高柔性给航天器设计和应用带来了巨大挑战,因此如何实现对大型复杂航天器结构的在线模态参数辨识、实时健康监测以及控制变得至关重要。由于传统的结构动... 详细信息

随着空间技术的发展,对大型航天器的需求变得愈加迫切,大型化导致的结构轻质量、高柔性给航天器设计和应用带来了巨大挑战,因此如何实现对大型复杂航天器结构的在线模态参数辨识、实时健康监测以及控制变得至关重要。由于传统的结构动力学测量方法主要基于加速度传感器,而加速度传感器在质量、体积、线路布置以及信号抗干扰性等方面的局限,使其无法很好地适用于航天器结构的多点分布式实时测量。然而,光纤布拉格光栅传感器所具有的复用、轻质、不易受电磁干扰等特点却使其能够很好地适应航天器结构的在线测量和监测。本文研究了基于光纤布拉格光栅传感器的结构动力学实验及参数辨识方法,为航天器的动力学参数辨识、航天器结构的在线健康监测以及动力学特性设计提供理论支持和技术途径。本文的主要工作和研究结论归纳如下:(一)介绍了本文的研究背景和意义,对光纤布拉格光栅传感器在国内外的研究和应用现状、应变模态分析的研究现状、模态参数辨识的研究现状与进展,以及有限元模型修正研究概况进行了总结,为进一步开展基于光纤布拉格光栅传感器的结构动力学实验与参数辨识研究提供了基础。(二)总结了应变模态分析的基本理论。从位移模态引出应变模态的基本概念,推导了应变模态模型,并讨论了应变模态振型之间的正交性、应变频响函数矩阵的特点等,为进行结构应变模态实验及应变模态参数辨识提供了理论依据和前提假设。(三)研究了光纤布拉格光栅传感技术,总结并分析了光纤布拉格光栅传感器对结构进行动应变响应测量的基本原理以及基本技术指标,探讨了光纤布拉格光栅传感器的动态响应特性,介绍并总结了光纤布拉格光栅传感系统涉及的光纤光栅解调技术和复用技术两项关键技术。在光纤布拉格光栅传感技术的基础上,本文提出了利用光纤布拉格光栅传感器对结构进行结构动力学测量的方法,设计并搭建了能同时测量动应变响应和加速度响应的实验系统,并给出了详细的实验步骤。(四)利用应变与位移的关系,建立了基于最小二乘复频域法的结构应变模态参数辨识模型,并提出了相应的辨识方法。根据基于光纤布拉格光栅传感器的结构动力学实验所得数据,分别辨识了不同猝发随机激励下的单输入多输出结构动力学系统应变模态参数和位移模态参数,并利用该方法辨识了仅输出系统的应变模态参数,并进行了对比分析。(五)提出了基于有限元模型修正的位移模态振型辨识方法。基于应变模态参数辨识结果对有限元模型进行修正,并通过修正后的有限元模型仿真得到更精确的位移模态振型,从而建立从应变模态至位移模态的转换关系,以解决光纤布拉格光栅无法直接测量结构位移模态参数的问题。以附加质量的梁结构为实验结构,利用基于序列径向基函数代理模型的优化算法对其有限元模型进行了修正。根据修正后的有限元模型仿真得到附加质量梁结构的位移模态振型,并与辨识出的位移模态振型进行了对比分析。结果表明,基于应变模态参数辨识结果的有限元模型修正可以有效提高有限元模型的准确性,从而能够仿真得到更为准确的位移模态振型。

关键词：光纤布拉格光栅传感器应变模态模态参数辨识结构动力学实验应变测试有限元模型修正位移模态振型辨识