基于光纤光栅的小热惯量温度场监测实验

为了研究温度传感器测量小热惯量温度场的准确性和即时性,对2ml沸水分别利用水银温度计、热电偶和金属管封装的光纤光栅温度传感器进行测温,所测温度的值分别为94.0℃、95.0℃和98.6℃,三者的响应时间分别为10.0s、8.5s、2.5s。可见,小体积金属管封装的光纤光栅温度传感器测量精度高,响应速度快。并对不同封装工艺的光纤光栅温度传感器的传感特性进行比较,结果表明,对于小热惯量温度场的监测,传感器的封装方式应采用小内径金属管封装方式。     

基于光纤传感技术的三维地应力传感器

为了实现对地下岩层空间应力状态及其变化规律的有效监测,基于光纤光栅传感技术与平面应力状态测量原理,提出了一种平面应变花与光纤光栅传感技术相结合的监测方法。通过利用碳纤维层积复合材料对光纤光栅封装做成应变传感单元,九个应变传感单元分别组成两组直角应变花与一组等角应变花,三组应变花分别放置于三个圆柱形探头S1,S2,S3上,三个探头以一定的机械结构连接构成地层空间应力的监测的三维地应力传感装置。对光纤应变传感单元进行温度与应力的标定实验,在室内对整体传感装置进行了应力加载模拟实验。实验结果表明:光纤应变传感单元的应力分辨率为0.017 2 MPa;应力监测为0~60 MPa;探头S1最大主应力的监测平均误差为16.31%,探头S2最大主应力的监测平均误差为24.36%,S3探头的绝对误差为0.006 8 MPa;实际加载应力与传感器测量的应力空间角度误差平均值为1.24°。传感器的监测结果与实际加载应力的变化规律相一致,可满足对地下岩层空间应力状态连续监测的要求。     

光纤温度监测系统的设计

介绍一种新型光纤多点温度监测系统.该传感系统包括光纤光栅温度传感器和光纤光栅多点温度监测仪,可对热疗过程中人体组织温度进行实时监测.     

基于光纤受抑全内反射原理的高精度液位传感器研究

结合受抑全内反射式光纤传感头精确的液位传感特性和单片机控制的步进电机驱动系统的高定位精度的特点,研制出一种智能型高精度光纤液位传感器。呈直角圆锥形的传感探头由62 5μm/125μm的单根多模光纤,经电弧加热拉制或机械研磨而成。由于从传感头反射回的光强依赖于传感头周围介质的折射率,当传感头移动通过2种折射率不同的介质的界面时,就会产生明显的光强度变化。利用单片机控制的步进电机伺服系统驱动传感探头,可以实时跟踪液面变化并同时给出液位信息。该传感器在2m测量范围内分辨率达到0 1mm,测量精度达到±0 4mm,无长期漂移。传感器能够对柴油、汽油及多种有机溶剂进行连续的液位监测。     

预紧封装光纤光栅温度传感器传感特性研究

为了获得稳定测量温度变化的光纤光栅温度传感器,笔者研究带预紧力的光纤光栅温度传感器的封装技术及其传感特性。通过温度传感理论分析,在避免光纤光栅对温度和应变的交叉敏感情况下,对光纤光栅温度传感器进行有限元Ansys应力分布进行模拟,可知本封装具有一定的减敏作用,温度测量量程增大,满足更多实际工程中的使用。环氧树脂DP420将带有预紧力光纤光栅封装在铍青铜材料的圆柱体内,在恒温鼓风干燥箱对光纤光栅温度传感器进行传感特性研究,40~120℃的范围内,每次升温5℃。所得结果,此光纤光栅温度传感器的温度灵敏度系数为23.81pm/℃,是裸光纤光栅传感器的2倍,且线性度达0.999以上。该文对光纤光栅工程化具有较大的应用价值。     

基于温度减敏的光纤Bragg光栅应变传感器

分析了光纤Bragg光栅(FBG)传感器的温度、应变交叉敏感机制,基于等强度梁的变形特点,提出了一种新型的90°楔形传感探头式双光纤光栅矩阵算法,既克服了传统矩阵算法的限制,又有效地消除了光纤Bragg光栅测量过程中温度对应变测量的影响,且由这种结构上的减敏措施,可以求出温度的变化。该方案简单易行,具有实际应用价值。改进封装工艺,可以使得测量数据更加精确。     

基于桥梁结构的FBG传感器温度与应变交叉敏感问题的研究

对光纤布拉格光栅(FBG)传感器在桥梁结构健康监测中产生的温度与应变交叉敏感问题进行了研究。采用参考光纤光栅法在应变传感光纤光栅附近额外加入一个温度测量光纤光栅,对应变光栅实现温度补偿功能。设计了基于参考光纤光栅法的FBG传感器及FBG传感器封装的机械结构,并通过实验来验证FBG传感器的性能。实验数据表明,温度传感光纤光栅几乎不受应变的影响,应变传感光栅的中心波长变化与温度变化呈一阶线性关系,修正后的测量结果更加精确,达到了双参数同时测量的目的,应变与布拉格波长的线性关系非常好,相关系数达到0.99以上。参考光纤光栅法能够很好地解决FBG传感器温度与应变交叉敏感的问题。     

基于改性型UDP和CIGI的光纤 光栅高速解调技术研究

为了实现光纤光栅传感的实时监测以及高速数据采集和准确分析,提出了一种基于改进型UDP和数据封装协议CIGI的光纤光栅解调系统方案。该系统网络传输层采用改进型UDP协议,通过单次传输N个数据包的改进型ACK应答机制,利用16位AD对256像素线阵光电阵列扫描的FBG反射谱光强数据进行采集,根据CIGI通用图像接口数据封装协议对光谱数据进行打包,通过千兆以太网接口实现解调仪与上位机的原始帧数据的通信,提高了传感数据的传输速率和可靠性。在LabVIEW环境中设计的交互界面上实现FBG反射谱的监控和传感数据的解调结果显示。通过准分布式多点FBG传感的实验数据采集测试及网络通信抓包数据结果表明,该传感监测系统能够有效利用以太网通信实现FBG光谱信息的实时传输,采样率可达到16 kHz,能够满足光纤光栅传感实时数据的高速采集和处理要求。     

高压开关柜内接头温度在线监测系统的设计

采用光纤光栅作为温度传感器,提出了测量高压开关柜内接头温度的在线监测系统。该系统主要由宽带光源、光纤光栅温度传感器、可调滤波器、光电转换电路、传输光纤以及系统软件组成。利用光纤光栅反射波长与温度具有良好线性关系的特性,测量不同温度下对应的光栅反射波长变化,经过数据处理,实时显示温度。系统能实现对多个开关柜内接点进行温度实时测量,并具有温度预警功能。对高压开关柜内接头温度进行了现场测试,测量误差在0.2℃以内。通过通信接口技术,系统能与电力控制中心连接,实现对高压开关柜内接头温度的远程实时在线监控。     

光学遥感器光机结构热变形的高精度测量

空间光学遥感器光机结构在复杂的空间轨道热环境中会产生热变形,影响探测精度.为解决光学遥感器光机结构热变形测量问题,本文提出了基于数字摄影测量和光纤光栅传感的热变形组合监测方法;建立了具有热解耦功能的光纤光栅布局方法和变形测量模型算法,理论分析了光纤光栅光谱变化与应变、温度的关系,采用实验方法标定光纤光栅应变传感器和温度...     

长啁啾光纤光栅传感特性分析及分布式位置识别研究

针对复杂环境下传统位置传感器易受电磁干扰、复合材料兼容性差等缺点提出了基于长啁啾光纤光栅的分布式位置传感系统。通过对长啁啾光纤光栅传感原理的理论分析,得到其反射谱与作用力位置之间的关系,利用相关匹配算法对长啁啾光纤光栅的特征谱序列进行解调,并搭建了基于长啁啾光纤光栅分布式位置识别测试系统。试验结果表明:在0-300mm范围内,其位置传感监测曲线的线性相关系数大于99.98%;与标准位置测试数据进行对比,其误差低于±1mm。该传感方法适用于复杂环境下位置传感系统的分布式测量,具有较高的参考意义和实际应用价值。     

基于光纤光栅的高速气流总温测量方法

针对航空发动机高速气流总温测量的需求,结合光纤光栅尺寸小、无需回路的结构特点,本文提出一种采用光纤光栅作为感温元的滞止罩式微型总温探针设计与测量方法。通过数值模拟方法对光纤光栅总温探针进行了气动结构设计,分析了探针结构参数对总温测量结果的影响;在此基础上,制作了光纤光栅总温探针,搭建了总温测量数据处理系统,并通过亚音速风洞试验测试了光纤光栅总温探针的工作性能。结果表明,在马赫数为0.3～0.8亚音速气流冲击下,光纤光栅总温探针具有良好的滞止效果和稳定性,马赫数大于0.5时其复温系数达到0.8以上,在马赫数为0.8时达0.99。所制作的微型光纤光栅总温探针直径低至0.8 mm,结构尺寸远低于热电偶探针,在满足总温精准测量的同时,可有效降低对流场的干扰。     

Common-path optical coherence tomography with side-viewing bare fiber probe for endoscopic optical coherence tomography

All-fiber-optic common-path optical coherence tomography (OCT) using a side-viewing bare fiber probe has been demonstrated and analyzed. A bare single mode fiber tip is angle cleaved at approximately 49 degrees to enable side illumination due to total internal reflection. The bare fiber probe was inserted in an arterial tissue and a circumferential OCT scan was obtained. The research is aimed at realizing highly miniaturized monolithic probes for possible applications in miniature endoscopic OCT or intravascular OCT. The effects of the angle of the cleaved fiber on reference reflection and the sensitivity of the common-path OCT system have been studied theoretically. The angle cleaved fiber probe is also used in series with a microlens to analyze and optimize its performance in a common-path OCT system. Our research aims to explore the combined advantages of common-path OCT and extremely simplified miniature probe design and to discuss how it may greatly simplify the endoscopic OCT instrumentation eventually.     

基于分布式光纤传感技术的堤坝渗流模拟系统设计

分析了堤坝渗流通过温度监测的可行性，提出了基于分布式光纤温度传感的堤坝渗流嘛测方法，设计了模拟装置；模拟监测系统由堤坝实体模型、渗流控制单元和光纤监测单元组成，采用传统的温湿度计和渗流量计对堤坝模型渗流实施单点监测，并与DiTeSt分析仪的结果比较。堤坝渗流模拟装置可实现不同水温、不同浸润线、不同规格堤坝和堤坝渗流程度的重复模拟，给出了一种野外专用的传感光缆实验结果。研究中的试验结果有利于设计合理的光缆布设和探测方案，同时为堤坝安全监测的量化研究提供有效的手段和平台。     

分布式光纤测温技术综述

光纤传感器以其独特的优点得到了人们的普遍关注,尤其分布式光纤传感技术在土木工程等大范围测量领域成为研究热点。通过对目前分布式光纤测温技术的系统论述,提出了分布式光纤测温技术的两个研究方向:基于光纤后向散射的光时域及频域反射技术的分布式光纤测温和基于光复用技术的光纤光栅分布式测温。通过对分布式光纤测温技术两个方向的工作原理、特点及性能的理论分析及仿真实验,综合论述和分析了分布式光纤测温技术两个方向的优点和缺陷,以及在具体工程中的实际应用。     

光纤O2敏感探头的制备与性能测试

通过对多孔光纤修饰Ru配合物掺杂的敏感膜,制备了一种O2光纤传感探头。该探头结构基于简单的多孔光纤,内部设有贯穿的微孔道作为敏感材料的载体以及微传感池,在微孔道内完成传感过程。通过沉积凝胶膜修饰敏感层,即将含有[Ru(dpp)3]2+的溶胶直接吸入光纤内部,在光纤微孔阵列中形成高分子敏感膜。传感过程基于荧光淬灭原理,由于O2对敏感膜中的[Ru(dpp)3]2+具有强烈的荧光淬灭作用,传感探头对于不同浓度的O2表现不同的荧光强度。实验结果表明:设计的探头对于0～100%浓度的O2呈线性响应,灵敏度I0/I100值为9.4,探头在50ms内即可做出快速响应。实验还显示,实验值与真值的误差小于3%,常压下的检测分辨率可以达到2%。     

利用超短FBG光谱线性区的传感解调系统

为了研究一种星载光纤光栅传感解调系统,通过高掺锗光纤载氢增敏和优化紫外曝光功率,实现了栅区长度小于0.5mm,反射率大于40%,3dB带宽大于5nm,反射谱边缘有效线性区域大于2nm的超短光纤光栅的写制。提出了一种将超短FBG作为传感器件,利用其光谱线性区进行传感解调的方法。将中心波长位于光谱线性区域的稳频激光入射到超短光纤光栅,随着超短光纤光栅光谱的漂移,反射光的功率随之变化。由于稳频激光位于线性区域,返回光功率与光谱漂移量呈线性关系,因而可实现传感测量。将该系统用于应变和温度的测量,结果表明,光功率随应变、温度变化具有较好的线性关系,线性度分别为0.997和0.999,灵敏度分别为54.59nW/με和230nW/℃。该方法可用于温度及应变的精确测量,并且具有结构简单、功耗小、测量空间分辨率高等潜在优势。     

桑色素-Al掺杂的溶胶-凝胶薄膜修饰的MPOF光纤氟离子传感探头

本文通过对微结构聚合物光纤修饰桑色素-铝配合物掺杂的凝胶薄膜,制备了一种氟化物光纤传感探头。这种探头的结构基于微结构聚合物光纤实现,其内部具有贯穿的微孔道结构,这种微孔结构可以作为敏感材料的载体以及微传感池。敏感层的修饰通过溶胶-凝胶过程实现,将掺有桑色素-铝的溶胶直接吸入光纤内部,可以在光纤微孔阵列中形成凝胶敏感膜。微结构光纤内部可以容纳微量液体,传感过程在微孔道内进行。传感原理基于荧光淬灭远离实现,氟离子对凝胶膜中桑色素-铝具有强烈的荧光淬灭作用,因此传感探头对于不同浓度的氟离子溶液表现不同的荧光强度。在pH值为4.6的条件下,探头对于氟离子具有良好的响应,其传感范围为5-50mmol/L。     

Laser, fiber optic, and CCD array sensing systems

Lasers and fiber optics have recently been accepted in industry for sensing as well as for communications. Charge-coupled devices (CCD) and charge-injection devices (CID) are important new solid-state image sensors for fast display inputs to computers. The sensors may be coupled in a sensor fusion system by optical fibers to bring to the plant floor the advantages of intrinsic safety and immunity to radio frequency, electromagnetic, and optical noise. These new developments in sensing by lasers, fiber optics, and CCD arrays may be applied singly or in combination. For example, improved Raman spectroscopy employs a hostile environment fiber optic probe interface, an infrared laser diode to avoid fluorescence, and a CCD array detector for better sensitivity. We will examine recent developments that will help us with rapid, accurate real-time information for better monitoring and control.