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流速/温度共采的光纤布拉格光栅涡轮流速传感器
  • ISSN号:1004-924X
  • 期刊名称:光学精密工程
  • 时间:2014.10.15
  • 页码:2611-2616
  • 分类:TN253[电子电信—物理电子学]
  • 作者机构:[1]山东大学控制科学与工程学院,山东济南250061
  • 相关基金:国家自然科学基金面上项目(No.61174018);国家自然科学基金青年基金资助项目(No.41202206);山东省自然科学基金面上项目(No.ZR2010FM001);山东大学自主创新基金资助项目(No.yzcl2081)
  • 相关项目:隧道突水灾害光纤光栅多元信息表征、状态辨识与预警理论研究
中文摘要:

为实现敏感元件仅为单一光纤光栅流速传感器的多参数同时测量,提出了一种流速/温度共采的光纤布拉格光栅(FBG)涡轮流速传感器.该传感器通过涡轮实现流体冲击力对光纤光栅中心波长的频率调制,解决光纤光栅温度应变的交叉敏感,理论计算得到其流速检测灵敏度为2.91·10^-2 m/(s· Hz-1).为测试传感器的性能,搭建了传感器测试系统,并选取光纤动态解调仪解调的光纤光栅中心波长动态信号作为试验原始数据.应用快速傅里叶变换(FFT)法分析试验数据,得到传感器流速的检测下限为0.541 7 m/s检测灵敏度为2.57· 10^-2 m/(s· Hz-1),检测精度为25 mm/s,略小于理论计算值,其主要原因在于圆管内流体的流速并非均匀分布的匀速运动,管道内壁对流体具有一定的黏滞力.应用经验模式分解分析原始数据获取其趋势项信号,得到该传感器的温度灵敏度为10.6 pm/℃,检测精度为0.5℃.

英文摘要:

To measure multi-parameters at the same time by a flow sensor with only one Fiber Bragg Grating(FBG) as the sensitive element, a novel FBG turbine flow rate sensor was proposed. This sen- sor uses a power element turbine to achieve a fluid impact force to modulate the frequency of FBG cen- ter wavelength and to overcome the cross-talking of temperature and strain effectively. The theoretical calculation of flow rate detection sensitivity is 2.91·10.2 m/(s · Hz^-1 ). To measure the properties of this sensor, a sensor measurement system was established, meanwhile the FBG center wavelength dynamic signal demodulated by a fiber dynamic demodulator was chosen to be the experiment origin data. A Fast Fourier Transform(FFT) was used to analyze the experiment data of the sensor. The re- sult shows that the flower limit of flow rate is 0. 541 7 m/s and the flow rate detection sensitivity is 2.57·10-2 m/(s· Hz^-1) with the detection accuracy of 25 mm/s, which are lower than the calculat- ed values. It suggests that the main reason of these phenomena is that the flow rate of fluid in thetransmission pipeline is not an even distributed uniform motion and the pipeline inner wall has some viscous forces on the fluid. Empirical mode decomposition was used to analyze the original signal. The experiment data indicate that the temperature detection sensitivity of this sensor is 10.6 pm/℃ and detection accuracy is 0.5 ℃.

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期刊信息
  • 《光学精密工程》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 中国仪器仪表学会
  • 主编:曹健林
  • 地址:长春市东南湖大路3888号
  • 邮编:130033
  • 邮箱:gxjmgc@sina.com;gxjmgc@ciomp.ac.cn
  • 电话:0431-86176855 84613409传
  • 国际标准刊号:ISSN:1004-924X
  • 国内统一刊号:ISSN:22-1198/TH
  • 邮发代号:12-166
  • 获奖情况:
  • 三次获得“百种中国杰出学术期刊”,2006年获得中国科协择优支持基金,2007年获“吉林省新闻出版精品期刊奖”,2008年获“中国精品科技期刊”,2012年《光学精密工程》看在的3篇论文获得中国百...,第三届中国出版政府奖提名奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版)
  • 被引量:22699