便携式光纤Bragg光栅波长解调仪的研制

近年来光纤光栅在传感领域中的应用研究日益得到关注，其中光纤光栅波长解调是光纤光栅传感器得到应用推广的关键之一。针对大型建筑结构监测应用领域，研制了一种便携式光纤Bragg光栅波长解调仪。解调仪基于无源比例解调原理，以熔融拉锥器件作为线性滤波器，采用锁相放大技术提取微弱信号，并利用单片机控制光纤Bragg光栅波长信息的采集、显示以及存储。解调仪结构简单、成本低，可实现大量程波长测量。实验表明，该光纤光栅解调仪解调范围达15nm，波长测量精度为12．4pm。     

基于布拉格光栅测温解调系统研究

光纤布拉格光栅传感器是利用布拉格光栅波长对温度、应力的敏感特性而制成的一种新型光纤传感器,具有抗电磁干扰、测量范围大、动态范围广、稳定性好等优点。光纤光栅传感器的解调技术是目前光纤光栅传感技术研究领域的重点和难点之一,开发高精度、低价格的解调系统成为光纤光栅传感器大量应用于实际的关键。简要介绍了光纤光栅的发展动态和应用现状;系统地介绍了光纤光栅的解调原理,并给出了采用边缘滤波器法实现光纤布拉格光栅温度解调的模型;利用所设计的光纤布拉格光栅传感解调系统进行了光纤布拉格光栅的温度解调实验,并对实验结果进行了分析和处理,验证了基于光纤布拉格光栅温度解调方案的可行性。     

光纤光栅温湿度检测系统研究

为了实现对室内环境的温度和湿度的实时监测,设计了一种光纤光栅温湿度检测系统。该系统以光纤光栅传感器为温度和湿度检测的敏感元件,利用波分复用技术对光纤光栅传感器进行传感网络的组建,利用F-P腔解调原理对光纤光栅传感器进行波长的解调,采用LabVIEW编写光纤光栅温湿度系统的上位机软件。光纤光栅温湿度检测系统解决了传统电力系统的组网困难,电缆质量重,测量误差大,易受电磁干扰等问题,实现实时监测环境的温湿度和数据的保存,适合各种室内环境的温湿度监测的场合。     

基于OPC技术的光纤光栅传感器接口程序设计

Bragg光栅传感器是利用Bragg波长对温度、应力的敏感特性制成的一种新型光纤传感器,其光纤光栅传感解调系统采用的接口程序大多是基于DDE技术,稳定性较差.目前主流的组态软件都无一例外地支持OPC技术,如果光纤光栅传感器接口程序也支持这一标准,就能实现光纤传感器与各主流组态软件间无缝连接.该文以武汉某桥健康监测系统的接口程序开发为例,阐述了基于OPC规范的接口程序原理,介绍了接口程序的设计方法和设计过程.     

基于光纤光栅传感的管道应力监测方法研究

为了解决传统应变计测量中存在的精度低、耐久性差、易受干扰等缺陷,提出了一种基于光纤光栅(FBG)传感的管道应力监测方法。在分析管道光纤光栅应力监测系统的基础上,详细阐述了确定传感器测点布置的截面位置及根据三点应力求解横截面最大轴向应力的方法,提出FBG传感器在管道表面的安装方案及温度补偿技术,对某终端6条管道共计96个测点进行了连续应力监测。监测结果表明,安装的光纤光栅可以方便地实时监测管道关键部位的应力变化及其可能产生的损伤,为在役管道的安全运行和健康诊断提供依据。     

电梯运行状态远程监控软件的设计

针对已开发的基于光纤光栅传感网络的电梯运行状态监测硬件系统,开发了相应的电梯运行状态远程监控软件.在开发中,根据硬件环境设计通信协议和定义命令,根据系统功能需求设计面向光纤光栅应力计、位移计及温度计的专业界面,并设计面向用户的直观模拟环境,提供现场实时监测情况.这一远程监控软件通过以太网端口实时接收来自多通道信号解调仪的波长数据,快速解算出监测点的应力、位移、温度,具有较高的可靠性和稳定性.     

基于光纤Bragg光栅传感的油浸式变压器测温系统

鉴于传统温度传感器受到周围环境因素的影响较大,系统采用抗干扰能力强和对温度极其敏感的光纤布拉格光栅(FBG)传感器.光信号通过该传感器进行传输和测量,实现现场的无电监测.系统以数字信号处理器TMS320F2812为核心,分析了光纤光栅传感器的结构原理和光纤光栅解调系统,介绍了系统硬件组成和软件实现.实验结果表明该系统温度测量精度较高,适用于中、小型电力变压器的监测和保护.     

ADuC824在光纤光栅传感复用网络中的应用

采用高性价比的ADuC824微处理器作为核心控制部件，利用可调谐窄带滤波器作波长解调器件，设计实现了多点光纤光栅传感复用网络系统。采用了波分及空分复用技术，由多个光纤光栅传感器构成分布式传感网络。可对各传感光纤光栅进行静态或动态的波长解调，具有结构简单、操作方便和性能价格比高的优点。在实际应用中，可以利用这一解调方案代替光谱分析仪或其他价格昂贵的波长检测仪器，对光纤光栅传感信息进行现场测量。     

基于光纤光栅传感的卫星温度场测量方法研究

在太空环境中,卫星的公转会给自身带来较大的温差和温度交替频率,为了对卫星结构的温度场进行实时监控,采用准分布式光纤光栅测温系统。分析对比现有成熟技术,对光纤光栅种类、解调仪选型、卫星内布线方法和传感器封装技术等方面进行探究,通过一系列模拟试验,得出基于光纤光栅传感器的卫星温度场测量的较优方案,为后续工程提供指导性建议。     

流速/温度共采的光纤布拉格光栅涡轮流速传感器

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 7m/s,检测灵敏度为2.57·10-2 m/(s·Hz-1),检测精度为25mm/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10.6pm/℃,检测精度为0.5℃。     

利用双参考光纤光栅的光纤光栅传感解调系统

光纤Bragg光栅是一种波长调制型光纤器件,利用光纤Bragg光栅反射波长对某外界参量(即待测量)的敏感效应,可以研制出光纤光栅传感器.对于光纤光栅传感系统而言其关键技术是如何解调,而在使用可调谐F-P滤波器解调时,只是注意避免光纤光栅的交叉敏感,却忽略了对可调谐滤波器的稳定性考虑.通过对可调谐F-P滤波器性能的分析,利用双参考光纤光栅得出基于可调谐F-P滤波器解调的准分布式光纤光栅传感解调系统,该系统对于外界环境稳定性好,测得数据可靠.     

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。     

基于虚拟仪器的高温压力管道光纤光栅应变监测软件设计

为预防高温压力管道泄漏或恶性爆管事故的发生,研制了耐高温长周期光纤光栅对高温管道表面应变进行实时监测的安全预警系统.在使用光纤光栅解调仪进行信号解调的基础上,开发了基于PC机的高温压力管道光纤应变监测软件,该软件使用虚拟仪器编译软件LabVIEW进行编写,具备信号分析、实时报警、数据管理、监测报表以及参数设定等功能.文中在对应变超限预警模型分析的基础上,采用了累计应变和应变速率2种方式进行编程,实现了对应变信号的实时监控和预警.     

非开挖地下管线探测中的弯曲变形检测装置研究

提出了一种新型的利用光纤光栅传感器进行管线弯曲变形检测的方法。将两根布拉格光纤光栅成90°粘贴在一种细径弹性基材上,形成直径5 mm的弯曲变形测量传感器。然后将传感器封装在特殊的定心机构里面,初步解决了传感器检测过程中的定心和卸载问题。通过标定,得到两根布拉格光纤光栅中心波长变化值与传感器弯曲曲率的比例系数分别为524.0 733和485.7 432。定心机构带动传感器沿被检测管线间歇式前进,在前进过程中,用光纤光栅解调仪每隔50 mm等间隔点上采样传感器的波长读数,经计算得到相应各点的应变和空间曲率信息。然后运用基于等距离离散点曲率信息的空间曲线重建方法重建出管道的空间位置形状。     

光纤光栅监测系统在公路隧道的应用研究

该文阐述了光纤光栅传感器工作原理、使用特性及优点,结合混凝土隧道的施工特点,提出了光纤光栅监测方案和监测系统设计及其在公路隧道安全监测中的应用。     

基于光纤光栅法珀腔传感器的结构表面温度测量方法

针对结构表面温度测量需求,提出了一种基于光纤光栅法珀腔传感器的表面温度测量方法,通过光纤光栅和光纤法珀 传感同时获取被测结构的温度、应变信息,从而补偿应变对温度的交叉敏感。 本文分析了光纤光栅法珀腔的表面温度测量原 理,通过仿真对传感器的主要参数进行了设计;并提出了一种基于双参数的最小均方差估计算法用于光纤光栅法珀腔传感器的 信号解调;最后,对光纤光栅传感器和光纤光栅法珀腔传感器进行了温度测量对比实验。 试验结果表明,光纤光栅法珀腔温度 传感器在常温到 400℃范围内,温度测量值的直线拟合相关系数为 0. 998 4,最大误差百分比为 1. 46% ,均优于单光纤光栅温度 传感器。     

光纤光栅波长干涉解调技术的研究

波长解调技术和装置是光纤光栅传感器的一个主要问题.因此,如何低成本高精度地将波长移动信号解调出来成为光纤光栅传感器实用化的关键技术之一.本文提出一种用2×2和3×3耦合器构成M-Z干涉仪作为光纤光栅的波长解调器,并对此进行了相关的理论分析和实验研究.实验结果与理论分析相符合.     

基于光纤环镜的光纤光栅传感解调系统

提出了一种新型的基于保偏光纤环镜的光纤布拉格光栅传感器解调方案。建立了理论分析模型,研究了保偏光纤环镜结构参数对解调精度影响的特性并进行了数值仿真。搭建了光路系统,设计了能够消除系统结构参数误差影响的基于LabVIEW的参数测定软件、解调系统监控软件和电路模块,进行了传感检测实验,其结果与理论分析相吻合。该系统稳定性好,检测灵敏度高,适用性强,在光纤光栅传感器的应用方面具有重要意义。     

用于光纤光栅传感的低成本高分辨率多通道波长解调仪

本文报道一种用于光纤光栅传感的低成本高分辨率多通道波长解调仪。基于薄膜滤波技术的密集波分复用模块已被广泛用于光纤通信系统中，在本文中，采用已商品化的薄膜密集波分复用模块同时完成了以波分复用方式连接的多个光纤光栅传感器的信号分离与波长解调功能，研究了一种结构简单、低成本、高分辨率的光纤光栅传感系统。该传感系统的特点是可用于多通道动态测量。本文将具体介绍一种旧通道传感系统，该系统在3kHz频率下的动态应变的分辨率优于1nε√Hz。     

光纤光栅在超声结构健康监测中的应用与展望

使用光纤光栅探测包含损伤信息的高频、小能量超声导波,是结构健康监测的关键技术和重点发展方向之一。首先,阐述了光纤光栅探测超声的基本原理,介绍了同时满足高灵敏度和大带宽的相移光纤光栅,揭示了光栅监测的角度相关性以及安装技术;其次,介绍了宽带光源解调法与可调谐激光解调法,将高速的小幅布拉格波长漂移转换为电压输出;然后,介绍了光纤光栅在冲击监测、声发射监测、声-超声监测三个方面的应用,着重以航空航天复合材料健康监测为例,讨论了损伤判断、定位及分类等功能的实现;最后,对光纤光栅在超声结构健康监测中的应用进行了总结和展望。