EFPI-FBG复合光纤传感器高温大应变试验研究

由于缺乏航空发动机/燃气轮机服役环境下叶片温度、应变有效性检测的技术与装置，所以工作叶片的温度环境、载荷环境和应变分布等关键数据的缺失是故障检修工作中的最大困难之一。采用非本征型法布里-珀罗(Extrinsic Farby Perot Interferometric,EFPI)与光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感技术，研制了一种基于单模光纤的EFPI FBG复合光纤传感器及其解调设备。通过搭建高温拉伸试验平台，开展了基于DZ125材料试件的复合光纤传感器高温、大应变测量的性能测试。试验结果表明：复合光纤传感器的工作温度范围为26 ℃~1 100 ℃，温度测量精度不超过全量程的5%，分辨率为0.066 ℃；F-P传感器的应变测量范围为0~19 468 με，在1 100 ℃下的相对误差为1.96%，分辨率为0.053 με。     

一种基于分布式反馈激光器的FBG高速解调系统

采用分布式反馈(DFB)激光器,其电流驱动 信号为100kHz正弦波,同时配合 100kHz方波进行中断控制,在20～150mA驱动电流输出100kHz、1nm光谱范围 的波长扫描光。 激光器结合光环形器、光电管等光器件,配合信号采集与处理部分组成高速光纤布拉格光栅 (FBG)解调系统。实验 验证,本系统具有FBG波长信号静态、动态解调能力。在温度静态实验,解调系统 线性度为0.99921、 精度约为8pm。在2kHz、4kHz动态振动实验中,解调系统具有良好的响应度和精确度,并 可分析50kHz 以内的频谱信息。本文的FBG解调系统,结构简单,成本低,可用于FBG 100k Hz的高速解调,不受外界环境和光强扰动的干扰,稳定性高。     

光谱吸收式全量程甲烷检测技术的研究

可调谐半导体激光吸收光谱(TDJAS)技术利用半导体激光器波长调谐特性,获得被测气体的特征吸收光谱范围内的吸收光谱,结合波长调制技术实现二次谐波探测,从而对气体浓度进行定性或者定量分析.这种方法不仅精度较高,选择性强而且响应速度快.基于这种技术,进行全量程光纤式甲烷气体监测方法的研究,根据被测气体的浓度变化,通过改变光源温度来选择合适的中心波长,从而实现全量程高分辨率的甲烷气体浓度实时检测.实验表明该系统具有很高的检测灵敏度、精度、分辨率和稳定性.     

基于FBG的齿根弯曲应力在线检测方法

根据国际标准化组织(international organization for standardization,简称ISO)和美国齿轮制造者协会(American gear manufacturers association,简称AGMA)关于渐开线圆柱齿轮强度的计算方法,在计算单个齿轮齿根弯曲应力时,可将轮齿简化为一悬臂梁。基于此,提出了一种齿根弯曲应力在线检测的新方法,利用光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,简称FBG)的应变特性和齿轮传递扭矩时轮齿产生的挠度,将齿根弯曲应力的测量转化为光栅反射波长的测量,通过对反射波长的实时解调,能够实现对运行中齿轮的齿根弯曲应力进行实时在线检测。通过对一对渐开线圆柱尼龙斜齿轮进行分析,并在1~18N·m扭矩范围进行实验,结果表明该方法能够准确测量齿根的弯曲应力,灵敏度高达70pm/MPa,线性拟合度达0.99以上,且响应速度快。利用光纤光栅准确检测齿轮运行时的齿根弯曲应力,不但能够代入实际工况实现在线检测,同时对齿轮的设计和故障诊断具有指导意义。     

电磁波传播特性虚拟仿真实验教学

本文在电磁波传播特性理论分析的基础上,结合EastWave构建了均匀平面波在自由空间、理想导体分界面、理想介质分界面、半波长夹层介质和四分之一波长匹配层中传播的虚拟实验教学模型,对其入射、反射和折射进行了虚拟仿真,直观形象化地呈现电磁波传播过程以及遇到边界时电磁波实时动态变化.通过虚拟仿真实验教学验证了电磁传播特性,改善了教学效果,提升了学生理论应用于实践的能力.     

可燃气体(甲烷)光纤传感监测技术研究

对可燃气体(甲烷)进行有效的动态监测是火灾防控和抢险救援面临的一个重要课题。利用光纤传感技术,结合可调谐激光光谱技术、二次谐波检测的波长调制方法和光分多路技术,实现多通道分布式光纤气体检测。可避免因可燃气体(甲烷)浓度超标引发爆炸和火灾事故的发生。火灾探测新技术在一定条件下,还可以在恶劣和危险环境中为消防部队灭火救援及时提供现场气体监测信息。     

高速度高精度光纤布拉格光栅解调的寻峰算法研究

为实现高速度、高精度的光纤光栅传感解调,提出了一种基于状态机的自适应半峰检测寻峰算法。算法通过对FBG反射波形的实时跟踪确定波形数据,通过对波形数据的统计分析得到寻峰阈值,通过校验与补偿精确得到峰值位置。实验测试表明,对于2kHz的解调速度,解调分辨率达到1pm,静态噪声在±2pm以内,长时间测试的稳定性误差在2pm以内,系统动态范围在0～-30db,光功率衰减导致的稳定性误差在4pm以内。这表明,本算法从速度、精度、抗干扰性、稳定性等方面都能够满足高速解调的需要。     

瓦斯多通道光纤传感器解调电路的设计

瓦斯多通道光纤传感器是一种基于可调谐半导体激光光谱吸收技术原理,结合谐波检测和波长调制技术对气体的浓度进行测量的检测系统,具有较高的灵敏度.但由于各通道光信号传输距离不同以及电路自身延迟会导致未知的相位差,给信号的处理带来困难.设计了一种基于模拟乘法器MLTD4的解调电路,并对相距为1.5Km的两个通道进行试验.结果表明,该电路可以准确提取被测信号中包含气体浓度信息的二次谐波分量,消除了未知的相位差,方便了信号的处理,并且提高了系统的稳定性.     

多种气体一体化测量的光纤传感技术研究

基于气体在吸收峰波长下对光的吸收随浓度变化的原理,研制一种光纤式气体监测仪,根据被测气体的吸收峰对应的波长选择分布反馈式半导体激光器作为光源,采用不同频率的光源驱动电路实现对多种气体浓度的同时检测。对甲烷和乙炔气体浓度的检测实验表明,该系统具有一定的检测灵敏度和精度。