高空间分辨率分布式光纤测温系统的设计及应用

分布式光纤测温系统是一种新型的线型感温探测器,以光纤作为传感器,可实现沿光纤分布的温度实时测量。理论分析了分布式光纤测温系统的原理以及影响空间分辨率指标的因素,并给出了0.5m高空间分辨率分布式光纤测温系统的设计以及测试情况。将高空间分辨率分布式光纤测温系统应用于电缆温度测量,测量结果表明0.5m空间分辨率下对小区域电缆过热点的探测更为显著,可及时发现潜在的火灾隐患。     

基于IEEE1451的网络化电缆温度实时监测装置

描述了在电力系统中采用光纤温度传感器进行测温的方法,并在此基础上介绍了一种基于IEEE1451的网络化传感器的基本特点,实现了通用网络接口设计方案.这种用于电力系统特殊条件下测温的网络化分布式电缆温度实时检测系统集光纤技术、现代传感器技术、网络技术和计算机测控技术于一体,实现现场测试数据实时在线监测.最后介绍了在某市电网桃苑变至船山变110 kV高压电缆温度监测工作地实际应用情况.试验结果说明该技术温度误差小、定位精度高、响应时间短、运行可靠且能实现距离大范围测温,可有效应用于电缆的温度在线监测,为电缆载流量的确定提供有效的参考数据,具有良好的应用前景.     

基于背向拉曼散射的分布式光纤温度传感器的研制

经优化设计确定系统关键参数,研制了分布式光纤温度传感器。该系统以微机为核心,以普通通信光纤和包层涂锌光纤相结合作传感光纤,在国内首次实现上限为260℃测温,空间分辨率15.6m,温度分辨率7℃,测量距离1.5km,测量时间160s。     

后向拉曼散射材料色散的位置匹配法误差校正

分布式光纤拉曼温度传感器中存在的色散效应造成升温峰中心位置的测温结果偏高,特别在温度突变的情况下影响尤为严重。针对此问题,详细分析了分布式光纤拉曼温度传感器的色散效应引起的光纤中各点反斯托克斯光和斯托克斯光传输速度差异,提出了基于两路背向散射光功率数据位置误差的分段配对方法,将反斯托克斯光功率与比它早散射回的斯托克斯光功率适当配对,再代入温度解调公式进行解调,从而减小了温度测量误差。最后,利用3 km分布式光纤拉曼测温系统进行了验证,实验结果表明,经过配对修正后,升温峰中心位置的温度测量误差减小了0.3~0.8℃。     

快速、高空间分辨分布式光纤传感技术及其在机械形变和温度监测中的应用

针对未来智能变体飞行器飞行途中机翼形变监测、微创手术中精准介入手术、连续体机器人自动运动轨迹追踪、涡轮叶片温度监测等对抗电磁干扰、精度高、质量轻的分布式传感技术需求,研制了基于光频域反射仪的快速、高空间分辨率分布式光纤传感样机。该样机采用辅助干涉仪的外差拍频信号作为外部时钟,辅助干涉仪选用300 m的延迟光纤,抑制了光源非线性扫频效应,利用偏振分集接收装置消除系统中的偏振衰落效应。在40m传感距离内对CPU和GPU运算时间成本进行了对比,采用GPU加速算法将光频域反射仪的传感速度提升了20倍。对涡轮叶片温度进行监测,其传感采样空间分辨率达到0.76 mm,温度测量精度达到0.4℃。采用该样机实现了二维柔性面板机械形变监测,测量误差低于3%。     

基于分布式光纤测温技术的LNG泄漏监测系统

介绍了光纤拉曼散射效应测温和光时域反射定位的技术原理,针对传统点式测温传感器在实际应用中存在的漏检和定位不精确等问题,提出了基于分布式光纤测温技术的LNG泄漏监测系统,该系统采用双通道校正测量模式,提高了温度测量和泄漏定位的准确度,从硬件组成和软件功能两方面对该系统进行了详细的阐述。     

基于STM32的高精度恒温控制系统设计

针对分布式光纤拉曼测温系统中定标光纤和雪崩光电二极管(APD)的温控要求,设计了一套基于STM32的高精度恒温控制系统。系统采用上下位机结构,上位机负责设定温度值和显示温度数据,下位机根据上位机的设定值利用PID算法对恒温箱的温度进行控制。实验结果表明:在22℃的室温下,定标光纤温度稳定在(10±0.1)℃,APD温度稳定在(5±0.005)℃,上位机可准确反映温度的数值和变化趋势。整套恒温系统能够满足分布式光纤拉曼测温系统的温控要求。     

分布式光纤载流量/温度安全监测系统的研究

针对电力电缆安全监测的应用需求,提出了一种以拉曼分布式光纤温度传感技术为核心的分布式光纤载流量/温度安全监测系统设计方法。该系统利用拉曼分布式光纤温度传感器对电网中的电力电缆线路的温度、载流量等运行状况进行全方位实时智能监测。试验结果表明,该系统可实现20km的电缆导体温度和载流量运行状态监测预警,计算导体温度与实测导体温度最大偏差不超过1℃,定位精度0.5m,采用有限元算法得到的电缆温度和电缆载流量的对应关系与实际情况基本吻合。     

大型储油罐温度检测技术研究

目前的储油罐油温测量多局限于电类传感器,具有极大的安全隐患。基于安全考虑,提出了采用基于拉曼散射的全分布式光纤传感的方法,通过对油罐内传感光纤产生的背向拉曼散射光信号的测量与分析,得到油罐不同深度温度信息。针对噪声信号,提出了采用8 000次线性累加平均与小波模极大值配合使用的去噪方法。在系统标定时,利用MATLAB对光强比与温度数据进行三次多项式曲线拟合。对于2种光不等衰减问题,提出采用以e为底指数修正方法。最后对系统进行了精度分析,该系统可以实现油罐不同深度温度安全检测,在1.2 km范围内测温精度为0.8℃。     

分布式光纤拉曼散射测温技术的进展

分布式光纤拉曼散射温度传感器系统(Distributed Optical Fiber Raman Temperature Sensor，DOFRTS)，是一种实时、在线、多点光纤温度测量系统，一种用于实时测量空间温度场的高新技术，已成为工业过程控制中的一种新的检测方法与技术。在系统中光纤既是传输媒体又是传感媒体，利用光纤背向拉曼散射的温度效应，     

基于ADSP2191的计算机温度远程监控系统

系统应用温度监控芯片实现温度的高精度探测，结合功能强大的数字信号处理器AD-SP2191实现相关数据处理、运算、传输，再经计算机进行温度报警及控制，具有温度探测范围宽、精度高、设备自身体积小、耗电低和使用方便等特点，能适应多方面工作环境。     

超分辨近场结构光磁混合存储介质温度场模拟

为了进一步减小光磁混合存储记录位尺寸,建立了用于光磁混合存储记录介质的超分辨近场结构膜层模型、近场光场模型及温度场模型,采用有限元方法对超分辨近场结构光磁混合存储介质记录层的温度场进行了计算模拟。计算中采用的光磁混合记录介质膜层结构为C(2nm)/Sb(10nm)/SiN(10nm)/Co75Cr15Pt10(30nm). 当写入温度为550K时,随着入射激光功率的增加,光磁混合存储介质记录层温度场可写入区域面积增加。当激光功率从3.9mw增至6.9mw时,温度场可写入区域横向及纵向尺寸增加约1倍,记录密度减小至原记录密度的四分之一。     

梦之线光栅单色器温度起伏对能量漂移的影响

为了确保光栅单色器温度起伏引起的能量漂移不影响光束线的表观能量分辨率,建立了单色器高精度的恒温环境。结合上海光源梦之线设计,根据光栅衍射方程推导出单色器温差与能量漂移之间的关系;据此设计了沿光束方向温度起伏较小的单色器恒温环境,测试了温度控制系统不同条件下的长期温度稳定性,并通过长时间多次测量氮气K边吸收谱的方法,得到了相应的能量漂移。结果显示:温度控制系统未启动的情况下,棚屋内最大温度变化约为0.62K,测得的能量漂移约为49 meV;温度控制系统使用独立冷水机时,最大温度变化约为0.20 K,相应的能量漂移约为17meV。实验表明,建立的单色器恒温环境满足设计要求,使得单色器温差引起的能量漂移对梦之线表观能量分辨率的影响得到有效控制。     

基于BOTDA技术的分布式光纤温度传感试验系统

建立了基于BOTDA(布里渊光时域分析技术)的分布式传感实验系统,该系统由150 mW窄带激光器、50 mw窄带激光器、声光调制器、脉冲发生器、环形器、频率计数器、光电探测器及相应光学器件组成.进行了温度传感试验,获得传感光纤处于25℃、35℃、45℃及55℃时的布里渊频移谱,通过对不同温度下频移谱峰值进行拟舍得出该系统的温度系数.进行了分布式光纤温度传感试验,将传感光纤分成3段,中间段置于温控箱中,调节温控箱的温度,使中间段温度不同于其他两段,扫描泵浦激光频率,使得处于室温下的传感光纤中发生受激布里渊散射,利用示波器获取了当光脉冲为2μs时系统输出电压信号波形.     

Fibre optic distributed scattering sensing system: perspectives and challenges for high performance applications

As fiber optic distributed scattering sensing systems are providing innovative solutions for the monitoring of large structures, the comparison of different techniques and solutions is difficult because of the lack of standardized specifications and the difficulty associated to the characterization of such systems. The article presents a tentative definition of performance specifications and qualification aiming at providing clear guidelines for their design, procedures applicable to fiber optic distributed sensing systems specifications, qualification, application and selection.     

基于脉冲压缩技术的高温连铸坯壳厚度测量EMAT设计及应用

采用非接触电磁超声技术实现高温连铸坯壳厚度测量,实时调整辊压力、冷却喷水量、压下位置和压下速度等工艺参数,避免出现中心偏析和松散问题,具有重要的工程应用价值。为了进一步提高电磁超声换能器(EMAT)在晶粒粗大和表面振痕的高温铸坯中的信噪比和空间分辨率,建立了基于Chirp信号激励的跑道线圈电磁超声检测过程的有限元模型,分析了EMAT设计参数、Chirp信号频宽和脉宽等因素对脉冲压缩后的超声回波信噪比和空间分辨率的影响,并通过实验予以验证。结果表明:经过脉冲压缩后,超声回波的SNR提高19 d B以上,波包宽度减少62. 4%以上; Chirp信号脉宽和永磁体尺寸对信噪比有显著影响,Chirp信号频宽、永磁体间距和宽度、跑道线圈导线直径及其阻抗匹配参数影响空间分辨率。     

30km分布光纤温度传感器的空间分辨率研究

分布光纤温度传感器是一种比较新型的传感器系统，它可以实时测量空间温度场的分布。空间分辨率是分布光纤温度传感器的一个重要参数。在30km分布光纤温度传感器系统的研制过程中，对系统的空间分辨率进行了优化设计。入射激光脉冲的宽度决定了系统空间分辨率的上限。光电接收系统和电系统的带宽也会影响系统的空间分辨率。电系统的带宽必须和激光脉冲的宽度相匹配。系统的空间分辨率既可以直接测量，也可以通过测量光纤末端菲涅尔反射的半宽度来间接测量。经过优化设计，在30km的系统中，空间分辨率达到了3m。     

基于加权时域弯折的 Lamb 波自适应温度补偿方法

针对航空结构Lamb波损伤监测中急需解决的环境温度影响问题,本文提出了加权时域弯折(WTDW)的温度补偿方法,该方法无需先验参数或模型便可自适应补偿Lamb波信号中的温度影响,而且克服了传统动态时间弯折(DTW)容易抑制被补偿信号损伤信息的温度过补偿问题,从而更便于在Lamb波损伤监测中的实际应用。首先在DTW基本理论分析的基础上,研究了WTDW自适应温度补偿原理,然后结合线性频散信号构建频散补偿的损伤成像算法,提出了环境温度变化下基于WTDW的Lamb波高可靠性和高分辨损伤成像。最后的铝板(800 mm×650 mm×2 mm)实验结果表明,WTDW能自适应补偿环境温度从室温(23℃)分别变为-20℃～50℃的影响,且基于WTDW的Lamb波高可靠性成像的损伤定位误差≤2.8 mm。     

高分辨力遥感相机视频处理的温度适应性设计

对遥感相机成像电子学系统进行了温度适应性设计,以使其在温度大范围变化时或电路存在局部温差时均能实现高质量成像.分析了成像链路中的温度延时因素,提出了温度适应性设计方案和相关双采样( CDS)位置的初始精密对准方法,并进行了实验验证.该方法将CCD驱动器的输出经分压整形处理后作为双采样信号的时序基准,从而使双采样信号具备...