一种红宝石荧光光纤温度传感器的研究

介绍一种基于具有稳定的物理和化学性能、价格便宜的红宝石晶体荧光光谱温度特性的光纤温度传感器的原理及系统设计方法。研究结果表明,该光纤传感器具有性能稳定、成本低的特点,特别适合于对大型机电设备内部温度以及各种加热炉、感应炉的温度测量。     

锁相相关检测技术在荧光光纤温度传感器中的应用

用激光加热基座法生长出端部掺Cr3+的YAG(Y3Al5O12)光纤荧光温度传感头,采用锁相相关检测技术对呈指数衰减的荧光寿命进行测量.在0～180℃测温范围内,测量误差为0.4℃,主要由信号处理电路引起.与其他的相敏检测技术相比,锁相相关检测提高了系统测量精度和抑制噪声的能力.系统动态响应好,抗电磁干扰,可应用于生物医疗和变电站等场所的温度监控.     

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。     

基于染料荧光多个特征的光纤温度传感器

以罗丹明B的多个荧光特征作为不同的温度传感信号,设计制作了一种新型的、可以通过多个不同方式传感温度的光纤温度传感器,搭建了温度传感系统,研究了包括荧光强度、荧光谱带带宽、谱峰以及谱带重心波长的位置、谱带上不同波长处的强度比例等各荧光特征的温敏特性。其中,两种新型传感方法以发射谱带的重心位置以及谱带上不同波长的荧光强度之比作为传感信号,表现出比传统的峰值频移法和双色染料荧光强度比法更高的灵敏度和精度。传感系统的典型性能指标为:重心法传感的灵敏度为0.049 nm/℃,非线性度为1.5%FS,分辨力2℃,重复性为0.8%FS;自参考双波长强度比法的灵敏度为0.002 04/℃,非线性度为2.9%FS,分辨力1.5℃,重复性为1.6%FS。这种新型多传感函数的光纤温度传感器及系统可以满足实际应用中不同测温环境的特定需求,尤其在生理、自然环境温区有良好的应用前景。为了验证实验系统,用家用微波炉加热一杯水,基于重心法和自参考强度比法成功检测到了水的实时升温曲线。     

荧光光纤温度传感器在非接触测温方面的应用

强度调制型荧光光纤温度传感器具有其它光纤温度传感器所不具有的优点。本文对原有的传感器的传感部分作了改进,使之能用于非接触性温度的测量。     

对称结构的半导体式光纤温度传感器

基于半导体吸收的光纤温度传感器具有电绝缘好、抗电磁干扰、无火花、能在易燃易爆的环境下使用等优点，非常适合组建电力设备、石油井下等环境下的温度监测系统，但它目前仍存在测量精度低、稳定性差等问题。提出了一种对称结构的半导体式温度传感系统的设计方案，详细分析了测温原理和系统结构，并构建了实验平台，进行了实验。实验表明：该系统在263～419K的温度范围内有1K的测量精确度和0．1K的分辨率，以及良好的线性度和反应时间，有效消除了光源和光探测器性能的不稳定和光纤耦合效率变动对测量精度的影响，提高系统的测量精度和稳定性。     

用于真空环境的光纤光栅温度传感器设计

光纤光栅传感器在航空航天领域有着广阔的应用前景,为了实现在航空航天真空环境下对卫星结构进行温度测量,对光纤光栅进行了特殊封装结构设计,在准确采集温度数据的同时,排除了结构应变对测量结果的影响,并对设计进行了有限元仿真分析。在-60-60℃的温度环境下,这种新型封装光纤光栅温度传感器的测试线性度为0.998,温度灵敏度为14.87pm/℃。为了验证其解耦特性,在MTS拉伸试验机上进行了测试,试验结果表明:结构形变带来的应变对该温度传感器没有影响,与理论分析相符。将其运用到实际真空环境进行对比验证,实验精度达0.15+0.002|t|℃。     

基于稀土荧光材料的光纤温度传感器

本文采用稀土荧光材料,设计了一套荧光光纤测温系统。系统选取经济实用的发光二极管作为光源,以稀土材料Y2O2S:Eu Fe2O3作为敏感材料,通过一套荧光信号检测装置,对荧光寿命进行测量。利用产生的荧光的周期与激励光相同,但在相位上滞后于激励光这一特性,对微弱荧光信号进行检测,有效抑制系统噪声,提高了系统的信噪比。通过实验对几种敏感材料进行光谱测试,Y2O2S:Eu Fe2O3与光源相匹配,且对器件的要求较低,微弱信号检测装置利用光电放大器、带通滤波器、异或电路等有效消除噪声,提高了系统信噪比。光谱实验证明,Y2O2S:Eu Fe2O3波峰的强度比Y2O2S:Eu高近一个数量级的紫外激发效率,且与LED光源及探测器相匹配,其测温范围从室温到450℃,分辨率为0.5℃,从而证明了系统的可行性。     

分段刻纹镀膜光纤温度传感器的灵敏度研究

本文介绍一种分段刻纹镀膜光纤温度传感器,它是用光刻法及化学腐蚀的方法在光纤包层上直接形成的。由于它不需要外部敏感元件,因此具有体积小、结构简单、稳定性好、灵敏度高和抗干扰能力强等优点,适合于温度的高速度和安全的远距离测量。这种光纤温度传感器的灵敏度由刻纹数、刻纹深度和镀层等决定。     

基于智能温度传感器的粮仓温度检测系统设计

本文介绍了智能温度传感器DS18820的性能特点及设计中的注意事项,并以DS18820为主要器件,设计了一种基于单片机的粮仓温度检测系统,给出了系统的硬件电路和软件设计。     

基于表面开孔光纤的集成式亚硝酸盐微流荧光传感器

利用中空悬挂芯光纤研制了一种将荧光猝灭反应区建立在空心光纤内部的光纤集成荧光在线微流传感器。利用CO2激光器在光纤表面刻蚀微孔,使得试剂可由微孔注入光纤内部并混合形成稳定的微流。在悬挂芯光纤纤芯倏逝场的激发下,指示剂分子产生荧光,所产生的荧光被耦合到纤芯内部并在出射端被检测。文中利用光纤内部的荧光猝灭反应实验确定了亚硝酸盐溶液的浓度。结果显示:微流可在短时间通过光纤,传感器能以较快的速度检测溶液浓度。另外,当亚硝酸盐溶液的浓度为0.1~2.6mmol/L时,荧光猝灭程度与溶液浓度呈较好的线性关系,结果证明了该集成式光纤内微流控传感器方案用于微量荧光检测的可行性。     

温度自补偿高灵敏度非本征光纤珐珀横向负载传感器

为了提高光纤EFPI传感器的灵敏度,提出了一种新型EFPI传感结构,并对其温度特性以及横向负载特性进行了研究。首先,介绍了采用端面镀钯金膜的光纤EFPI传感器的结构及其制作方法;接着,建立了镀钯金膜光纤EFPI的温度传感模型,并通过Solidworks、Hypermesh与有限元分析软件ANSYS联合仿真,对它在不同受压力下进行理论模拟,获得了腔长变化与压力之间的关系;最后,对传统的光纤EFPI与镀钯金膜光纤EFPI的温度和横向负载特性进行了对比试验。试验结果表明,镀钯金膜光纤EFPI的温度灵敏度为6.083pm/℃,具有温度自补偿特性;它对横向负载的检测灵敏度可达40.83m/g,相对于传统的光纤EFPI横向负载的灵敏度提高了2.10倍。实验结果与理论分析相符合,为实际制作具有温度自补偿的高灵敏度光纤EFPI传感器提供了理论与实验依据。     

基于光斑旋转位移光纤传感器的多点监控

为了实现位移传感器的多点监控,设计了5个光纤环组成的光纤传感器,通过减小其中1个光纤环的半径使光纤出射端获得双光斑,当其他4个的任意1个光纤环在外力的作用下产生形变时,会使出射双光斑发生旋转,通过记录和分析4个光纤环形变和输出双光斑的旋转角度之间的关系,获得周围环境人员流动情况。实验表明,光斑旋转角度与传感器位移在一定范围内存在良好的线性响应关系,该传感器可以有效地应用于实际的多点监控中。     

基于弓形梁增敏结构的FBG振动传感器研究

利用光纤光栅(FBG)随弓形梁弯曲变形的敏感特性,通过设计特制的增敏结构,研制了一种基于弯曲特性的FBG振动传感器.根据ANSYS数值分析和实验结果表明,在加速度0～5g、工作频率0～40 Hz范围内,传感器加速度特性曲线呈现良好对应关系,灵敏度可达458.1 pm/g,精度约0.002 g.该传感器系统采用双光栅形式实现了温度补偿,且在所测加速度范围内显示出较好的灵敏度和重复性,频响误差小,能够满足航空结构振动监测与控制需求.     

基于微纳光纤谐振环的温度传感器研究

该项工作制作并验证了基于微纳光纤结型谐振环的高灵敏度且扩大测量范围的温度传感器。 在微纳光纤谐振环中产 生多个模式并参与谐振,多个模式谐振的光谱相互叠加,形成带包络的游标光谱。 通过提取游标光谱的包络线,实现高灵敏度 的温度测量,灵敏度高达-10 nm/ ℃ 。 但计算得到利用游标光谱时的温度测量范围仅约为 4℃ 。 为解决测量范围过小的问题, 将包络光谱与单一频率组分对应的谐振光谱相结合,使测量范围扩大至约 20℃ 。 相比于单一频率组分对应的谐振光谱,利用 游标包络光谱实现了灵敏度约 1 600 倍的放大。 该方案利用游标效应提高温度测量灵敏度的同时,利用单一频率组分对应的 谐振光谱扩大了游标光谱的温度测量范围,提高了传感器的性能和实用性。     

一种新型的高压电器温度在线测量系统

基于螺旋形液晶填充光子晶体光纤的温度传感特性,提出一种新型的高压电器温度传感器系统。该传感器系统由宽带光源、螺旋形液晶、光子晶体光纤、光纤F-P腔(Fabry-Perot cavity)滤波器、信号处理放大电路等组成。将螺旋形液晶封装在光子晶体光纤的纤芯空气孔中,利用光子晶体光纤对温度和弯曲不敏感特性以及螺旋形液晶的螺距对温度变化非常敏感的特性,传感器的选择反射光波长依赖于温度的变化,采用光纤F-P腔滤波器解调出光波长的变化,利用反射波长与温度之间的关系,实现温度的测量。测量系统选用合适液晶,可以得到不同的温度测量范围,能对高压电器温度进行在线检测,测量精度可以达到±0.1℃以内,并具有本征安全、高精度、高电绝缘和抗电磁干扰、对应变和环境光变化不敏感以及与普通传输光纤兼容性好等优点。     

基于超弹性体材料的微型光纤法珀压力传感器

针对体内介入式医疗应用需求,提出一种基于超弹性体材料的微型光纤法珀压力传感器设计与制作方法。 通过理论分 析建立了适合超弹性体硅橡胶材料的 Mooney-Rivlin 力学仿真模型,对不同组分、厚度感压材料的受压变形状态进行了理论分 析,并获得优化的传感器材料及结构参数。 进一步提出微型光纤法珀压力传感器的制作方法,通过感压性能测试、温度影响测 试和体外血液压力测试,对比验证了不同参数传感器的感压性能。 结果表明,在感压材料直径 180 μm、厚度 250 μm 时,测压范 围 0~ 40 kPa 内传感器的压力灵敏度达到 154. 56 nm/ kPa,20℃ ~ 50℃大温度范围内引起的压力测量相对误差仅为 0. 36% ,温度 对压力测量的影响完全可忽略。 相比传统膜片式光纤压力传感器,基于超弹性体材料的微型光纤法珀压力传感器不仅尺寸小、 灵敏度高,还具有成本低、方便制作的技术优势。     

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。     

基于光纤传感的无源铁路防护门开关状态监测系统

铁路防护门作为防火及应急疏散安全保障设施在铁路隧道中大量设置。在长期运营中,防护门一旦异常开启,一方面将失去防护门的作用,另一方面将可能侵入铁路限界危及运营安全。设计的防护门开关监测系统利用光纤将激光引至监测现场,利用光传感头将门的开关状态转换为光路的通断状态。根据解调仪安置点和被测防护门的分布情况,提出了星型组网方案和单芯级联组网方案,实现了对解调仪的复用,可降低系统的复杂度和工程成本。单芯级联方案中,为了使更多的光功率耦合到传感监测链路的远端,对耦合器的功率分配进行了分析及优化。针对铁路防护门的应用场景,提出了提高系统可靠性和环境适应性的措施。     

保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环的光学游标效应及温度传感器

为了实现高灵敏度的温度传感,通过在基于保偏光纤Sagnac干涉仪的Sagnac环内增加一段保偏光纤,控制两段保偏光纤快轴熔接角度接近45°,设计并制造了保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环结构。在理论上通过Jones矩阵推导了保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环的干涉谱公式,基于仿真分析研究了主要参数对保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环输出特性的影响。仿真结果表明,保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环实现了光学游标效应,两段保偏光纤的平均长度、两段保偏光纤的长度差分别影响保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环输出干涉谱的波长间隔和包络周期;在实验中,将保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环应用在光纤温度传感器中。实验结果表明,在2cm的感温区域,保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环温度传感器的灵敏度就达到了-2.44nm/℃,是普通Sagnac干涉环温度传感器(-0.163nm/℃)的14.97倍。