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高灵敏度、温度系数可调的光纤应变传感器――消除被测物热涨影响

已有 2232 次阅读 2017-3-31 14:29 |系统分类:科研笔记

发明了一种温度系数可调的高灵敏度光纤应变传感器。与现有主流产品――光纤光栅应变传感器相比,灵敏度提高了一百多倍,特别是可以补偿各种被测物的热膨胀,消除因环境温度变化导致的测量误差。

作为物联网的核心器件之一,传感器被认为是继集成电路芯片之后的又一重大产业。与电学传感器相比,光纤传感器适用于易燃易爆、以及电磁干扰等苛刻环境中。但面临的问题是:由于材料的热胀冷缩天性,光纤传感器对温度很敏感(如光纤光栅也可用于检测温度变化)、温度干扰大;同时,被测物自身的热膨胀也会带来测量误差,并且对于不同材质的被测物(如混凝土、钢、铝等),其热膨胀系数差异很大,这使得温度干扰更为复杂。因此,当外力和温度共同变化时(二者都可以产生应变),如何消除环境温度变化的影响,从而精确测定外力所产生的应变和应力,是长期困扰业界的难题。

黄辉团队发明的光纤应变传感器,由应变膜、光纤准直器、以及应力传递杆构成。其中,应力传递杆采用旋钮结构――由两种不同热膨胀系数的螺帽与螺丝构成,因此可以大范围精确调节传动杆的热膨胀系数,从而抵消各种被测物的热膨胀影响。此外,通过采用光纤准直器来接收应变膜反射的光束,大幅提高了检测灵敏度。所研制的光纤传感器,检测范围达到1.1×103 με,检测极限为5.7×10−3 με, 最高工作频率为1.18 KHz,温度系数调节范围−0.15 +0.19 dB/°C

1. 研制的光纤应变传感器及其检测系统

本成果发表在《ScientificReports》期刊上,题为 “A high sensitive fiber-optic strain sensor with tunable temperaturesensitivity for temperature-compensation measurement”, Scientific Reports, 7, 42430(2017).文章链接:http://www.nature.com/articles/srep42430




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