长周期光纤光栅温度传感器应变交叉敏感的研究

长周期光纤光栅是透射谱光栅,纤芯基模与同向各阶包层模发生耦合,谐振波长和幅值对外界环境的变化非常敏感,比传统布拉格光纤光栅具有更好的温度、应力、弯曲、扭曲、横向载荷、折射率等的传感特性.由于长周期光纤光栅对两个或者多个参量都是敏感的,当光纤光栅用于传感测量时,很难分辨出各个参量分别引起的被测量的变化,交叉敏感问题比布拉格光纤光栅严重的多.交叉敏感是光纤光栅传感中的关键问题.分析了目前较为典型的解决策略和方案,在此基础上提出了联系的思想和解决方案,提出并实验验证了一种解决长周期光纤光栅温度传感测量中应力与温度的交叉敏感问题.充分利用了LPFG温度与应变交叉敏感的现象,利用联系的思想,将应变对温度的负面干扰转变为正面的增敏.     

光纤激光传感系统的研究进展

光纤激光传感系统作为一种新型的光纤传感技术,结合了光纤传感的高灵敏度、可分布式测量和不易受电磁干扰等优点,以及光纤激光器的窄线宽和高光信噪比等优势,能够很好地应用于油田、矿山、桥梁、电力以及飞机等领域的测量和安全监控。从两个方面介绍了目前光纤激光传感系统的研究进展,一方面是基于单参量测量的光纤激光传感系统,系统所探测的参量包含了温度、应变、折射率、电流、声波和风速等;另一方面是基于双参量测量的光纤激光传感系统,主要是解决温度与横向应力、应变和折射率等交叉敏感的问题。     

基于双光纤光栅传感的电压互感器的研究

介绍了一种新型的光纤电压互感器,针对FBG传感器在现实应用中的温度和应力的交叉敏感问题,设计了一个光纤双光栅温度、电压测量系统,对光纤双光栅的温度和电压传感特性进行了初步的实验研究.     

基于FBG和光频域反射技术的混合式光纤传感网研究

基于光纤Bragg光栅技术和光频域反射(OFDR)技术 ,构建了一个具有分立式传感子层和分布式传感器子层的双层结构混合式光纤传感网络。 在分立式传感子层中,FBG用于实现温度参量的传感;在分 布式传感子层中,采用OFDR方法解调光纤中的瑞利散射信息从而获得分布式的应 变参量。整个传感 网络共用同一个宽光谱可调谐激光光源,分立式子层和分布式子层两者协同工作,实现应变 和温度两个参 量的高精度测量,其中应变分辨率达到0.75με,温度分辨率达到 ±1℃。本文构建的传感网络为构建大容量、 大规模、多参量、高空间分辨率和高测量精度的光纤传感网络提供了一种有益探索。     

光纤传感空分复用下多点温度与应力的监测显示

多参量多点实时监测显示是传感研究领域的一项重要技术。以光纤Fabry-Perot（F-P）腔与光纤Bragg光栅（FBG）传感器的串联复用结构为单元构建空分复用（SDM）系统,设计了温度、应力多点实时显示的方案。由FPGA构建的SOPC与NiosII完成对多监测点的数据采集,由VB串口通信接收FPGA存储器存储的采集数据,再把此数据由高斯曲线拟合方程处理得到温度和应力的参数值,最后用VB实现监测显示。结果表明F-P腔与FBG串联能有效克服温度与应力的交叉敏感,FPGA结合VB能很方便的实现多参量多点的实时监测显示。     

布喇格光栅磁场传感器交叉敏感的研究

从光纤光栅传感的基本原理出发,分析了光纤光栅内外参量对于磁场测量的影响,对温度、应力、压力和光纤光栅内应力分别进行了讨论.仿真结果表明,基于PDL的磁场传感方案对于温度和应力不敏感,内应力和时变压力则会影响其性能,压力的影响尤为显著;测量精度要求高,内应力必须予以考虑.     

多参量和多功能型光纤光栅传感技术

介绍了多参量和多功能型光纤光栅传感技术的原理、发展历史和现状,重点介绍了利用基于光纤光栅的一个传感头同时测量多个参量的技术.详细分析了利用一个光纤光栅传感头同时测量温度和应变的原理和技术,对多参量传感中的传感头结构进行了总结和分类,提出并分析了新的多功能型光纤光栅多参量传感系统.     

面向井下环境参量的光纤传感物联网系统

为了能够大范围准确获取井下环境参量并有效抑制噪声, 研究了基于新型光纤光栅(FBG)封装的光纤传感物联网系统。设计了一种可同时测试应变与温度的传感模块, 试制了新型FBG封装结构, 搭建了符合巷道结构的光纤应力监测分布网络。采用基于互相关差分计算的方法实现了对振动噪声的消除, 并对井下巷道的应力和温度进行了连续监测。结果表明, 拱段45°与60°的FBG可以准确记录应力、温度变化数据。该系统在大范围井下环境参量监测中具有更高的稳定性、更好的适应性。     

一种测量范围可调的FBG流速传感装置

基于锥形分速装置,研制了一种光纤Bragg光栅（FBG）流速传感器。利用FBG压强传感机构进行传感信号解调,同时利用开关控制流速管不同开孔的开闭状况。传感器的动态感测范围可达92．5-802．3mm／s,流速检测灵敏度为0．4mm／s,并且对温度不敏感。优化FBG压强传感机构及流速管的相关参量,能够进一步提高传感装置的...     

基于FBG的钻孔应变传感器研制

为了监测地壳内部的微应力应变,设计了一种基 于光纤布拉格光栅(FBG)的钻孔应变传感器。结合FBG的传感原理,通过有限元分析 ,构建出曲边三角形的 传感应变结构,并根据其传感特点进行相应的封装。使用参考光栅法,在应变片上粘贴两支 FBG,在一支 FBG测量应变的同时另一支FBG对其进行温度补偿,解决了FBG对温度和应变同时敏感的 问题。为了模拟传感 器在 钻孔中的环境,建立了微应变测试平台。实验结果表明,研制的钻孔应变传感 器的灵敏 度为0.092pm/με,且具有较大的增敏空间。     

一种双包层半径光纤布拉格光栅传感器

光纤布拉格光栅已经成为非常有前景的温度、应力及其它参数测量的传感元件,但其存在温度和应力的交叉敏感问题.提出了一种双包层半径光纤布拉格光栅传感器,将一个布拉格光纤光栅分成两半,各自具有不同的包层半径,其中一半保持不变,另一半包层半径从62.5m减小到40m.实验结果表明,两半光纤布拉格光栅的温度灵敏度均为10.4 pm/℃,而应力灵敏度分别为1.12 pm/ue 和3.89 pm/ue.初始的单个布拉格反射峰分裂成两个,分别对温度和应力敏感,而两个反射峰之间的波长差只受应力的影响,随着应力的增加其波长差逐渐增加.因此,通过这一个光纤布拉格光栅即可分辨出温度和应力所引起的布拉格波长漂移.该光纤光栅传感器结构简单、体积小巧、成本低廉、制作方便,可以广泛应用在各个领域实现温度和应力的同时测量.     

FBG sensing temperature characteristic and application in oil/gas down-hole measurement

Fiber Bragg gratings (FBGs) have been used to sense numerous parameters such as strain, temperature, and pressure. Cost-effective multipoint measurements have been achieved by connecting FBGs in parallel, serial, and other topologies as well as by using spatial, wavelength, and time-domain multiplexing techniques. This paper presents a method of measuring temperature of the oil/gas down-hole. Detailed contents include the basic theory and characteristics of fiber gratings, analysis of the sensing mechanism of fiber-optic gratings, and the cross-sensitivity effect between temperature and strain; the method of making the light-source of the fiber-optic gratings and the technology of measuring wavelength shift, building an experimental system of the temperature measurement, and dealing with the experimental data. The paper makes a comparison of several kinds of FBG sensing systems used in oil/gas down-hole to measure temperature and the analysis of the experimental results of building the temperature measurement experimental sys-tem. It demonstrates that the fiber-optic grating sensing method is the best choice in all methods of measuring temperature in oil/gas down-hole, which has a brilliant applied prospect.     

光纤Bragg光栅流量传感器的研究及进展

光纤Bragg光栅流量传感器是基于光信号的新型流量传感器.当光纤光栅受到流体的作用时,其波长、相位都会发生变化,通过检测光信号的变化就可得到外界流量的变化.文章主要介绍了几种光纤光栅流量传感器的工作机理,分析了各种流量传感器的优缺点,并对光纤光栅流量传感器的发展进行了展望.     

同时测量多参数FBG传感器的应用与研究

提出一种基于FBG(Fiber Bragg Grating)光纤光栅传感器来实现温度、压力和加速度多参数同时测量的系统设计。采用在等强度悬臂梁上、下两表面对称放置两个FBG传感器,解决了加速度,温度和压力的相互影响问题;同时借镀层技术提高了FBG传感器的灵敏度。实验表明,三个参数能被精确、同时和实时测量,并且FBG传感器的灵敏度也提高了5~10倍。     

Optical fiber sensor by cascading long period fiber grating with FBG for double parameters measurement

An optical fiber sensor for strain and temperature measurement based on long period fiber grating (LPFG) cascaded with fiber Bragg grating (FBG) structure has been proposed and realized both theoretically and experimentally. Theoretical analysis shows that two microstructures with similar sensitivities cannot be used for double parameters measurement. The LPFG is micromachined by the CO2 laser, and the FBG is micromachined by the excimer laser. For the validation and comparison, two FBGs and one LPFG are cascaded with three transmission valleys, namely FBG1 valley at 1 536.3 nm, LPFG valley at 1 551.2 nm, and FBG2 valley at 1 577.3 nm. The temperature and strain characteristics of the proposed sensor are measured at 45—70 °C and 250—500 με, respectively. The sensitivity matrix is determined by analyzing wavelength shifts and parameter response characterization of three different dips. The proposed optical fiber sensor based on LPFG cascaded with FBG structure can be efficiently used for double parameters measurement with promising application prospect and great research reference value.     

Simultaneous measurement of displacement and temperature usingin-fibre-Bragg-grating-based extrinsic Fizeau sensor

A novel method for simultaneously measuring displacement and temperature using an in-fibre-Bragg-grating (FBG) based extrinsic Fizeau interferometric sensor is presented. The Fizeau cavity is formed by an FBG with low reflectivity and a highly reflective surface. The FBG acts as both a reflector for the Fizeau interferometer and a temperature sensor, at the same time. Experimental results are provided which demonstrate the feasibility of this sensor design     

海洋FBG压力及温补传感器温度响应一致性研究

为满足船载拖曳式全光纤海洋温深剖面连续测量的要求,测量海水深度的光纤布拉格光栅(FBG)压力传感器利用FBG温度传感器作为其温补传感器。由于二者对温度同时敏感且对海水温度的响应时间存在不一致性,导致在拖曳测试海水压力时有所偏差。针对这一问题,本文对传感器的温度响应一致性进行分析研究。通过对FBG温度传感器的外管加装绝热材料,使其与FBG压力传感器的温度响应时间接近一致。通过海试验证,FBG压力传感器与标准传感器ALEC(亚力克)具有较高的测量相关性。     

双FBG燃料棒温度、应变与振动同步测量研究

压水核反应堆堆芯结构设计中通常需要借助模型实验装置验证其热工特性。其中,对装置内的电加热仿真燃料棒进行温度、应变和振动同步测量是研究堆芯棒束通道水力学参数的重要环节。针对传统检测方法抗电磁干扰能力弱、体积较大,且只能实现单参数测量等问题,本文基于双光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating, FBG)光纤传感法对此进行了研究,首先通过光纤封装的优化设计,改变棒体上两FBG的波长漂移系数,实现应变、温度传感的可靠解耦,解决两者的测量串扰问题;然后对FBG中心波长进行动态采集,在频域上分析了燃料棒的振动特性,最终实现三种参数的精准测量。实验表明,在流动水浴环境下,该方法可观察到不同流速下流致振动幅度存在明显的单调增长,对棒体表面温度和应变的测量误差均低于0.5%,可为反应堆研究设计提供可靠的数据支撑。     

光纤光栅应变传感器温度补偿系统研究

提出了采用BP神经网络算法来实现FBG应变传感器的温度补偿系统,用以改善FBG应变传感器的温度交叉敏感现象。通过计算机程序和实验表明,此方法实现了FBG应变传感器对应变量和温度量的精确分离,较好地改善了温度对传感器造成的非线性干扰,使传感器对应变的测量误差达到10-3数量级。同时,有效地抑制了FBG应变传感器非线性特性的影响。     

基于F-P温控标准具的高稳定性FBG波长解调系统

光纤布拉格光栅（FBG）的波长随外界温度和压力变化。检测出波长的变化，就可以计算出外界的温度和压力。文章提出了一个基于F-P温控标准具的高稳定性光纤布拉格光栅（FBG）波长解调系统，讨论分析了FBG波长解调系统的原理及高稳定性的原因。在这个系统中，带温控模块的F-P标准具用来进行实时波长校准。F-P标准具的波长数值可查询得到，由线性插值算法可以得出光纤光栅的波长值。温控模块可以保证标准具在0.01℃的范围内变化，因此标准具波长值可以认为是定值。最后通过测量水浴槽中光纤光栅的波长变化测试系统稳定性,并与MOI公司解调仪sm125在稳定性方面做了对比。实验结果表明20 h内系统的长期稳定性可达到0.15 pm,而sm125解调仪是3 pm。