基于分布式光纤缠绕技术的油水两相测量

油水两相的流量与相含率测量一直以来都是石油开发的难点,本文提出将分布式光纤声波传感(distributed acoustic sensing,DAS) 技术用于油水两相流体的油管管壁信号的采集与传输,湍流涡流作用和流体声波信号的叠加可使管壁缠绕的光纤发生轴向拉伸,测得光纤相位幅值用于计算混合流量与相含率。为了提高光纤对振动信号 的测量精度,设计了一种缠绕光纤传感模型,分析了缠绕螺距与紧密缠绕的圈数两个参数对管壁振动幅值与声波沿光纤轴向传播速度的影响,实验验证了其中3种缠绕方式,可知间隔螺距0.02 m紧密缠绕4圈时可以更准确实现管壁振动与流体声波传播速度的测量,测得的光纤相位幅值标准差与管内流量曲线拟合度均达94%,计算的声速与含油率的关系曲线与理论完全相符。     

光纤传感器电机故障监测中的应用研究

根据电力系统发电机温度和振动监测的特点,分析了传统温度传感器及振动传感器在发电机在线监测中存在的问题,阐明了光纤传感器在发电机在线监测中的优势.提出了采用半导体吸收式光纤传感器测量温度及光纤光栅振动传感器测量电机的振动状况的方案,对两种传感器的原理及组成进行了介绍,设计了基于两种光纤传感器的发电机监测系统.     

基岩微破裂传感器

提出了一种新型压缩光－光纤－光学传感器，用于遥测基岩微破裂时引起的地震微观前兆和各种非接触振动测量。该传感器分辨率高、频带宽和量程范围大。     

MEMS热膜式微型流量传感器的研制

针对微型流量传感器的应用问题,提出了一种可以准确测量各种气体微型流量、基于MEMS工艺的新型MEMS热膜式传感器。基于热量传递原理的热膜式流量传感器由一个加热器和一对微型温度传感器组成,只要测得两个温度传感器的温度差值,就能得到气体的流量。分析了该器件的原理并进行了ANSYS仿真,设计了器件的结构,进行MEMS工艺开发,制作出可实用化的产品。测试表明,该器件的测量量程达到0.5～200m3/h,精度1.5级,响应时间20ms,量程比1:400,显示该器件测量流量的功能达到了实用化水平。     

螺旋倾斜复合技术对光纤布拉格光栅传感器的减敏作用北大核心CSCD

降低光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器的应变灵敏度是解决传感器量程小、无法监测大应变问题的一种重要方法。为了监测构件在使用过程中的应力应变变化,提出了螺旋倾斜式光栅复合技术,建立了光栅实测应变与试样实际应变间的理论关系,在不同螺旋倾角下进行了光栅应变灵敏度的测量试验。试验结果表明,该方法能有效降低光栅应变灵敏度,增大光栅应变测量量程。     

高稳定大量程复合光纤干涉位移测量系统研究

为了使位移测量系统达到大量程、高分辨率,采用复合光纤干涉的方法,进行了理论分析和实验验证。利用光纤光栅作为反射镜,构成两个干涉光路几乎共路的光纤迈克尔逊干涉仪。其中一个光纤迈克尔逊干涉仪通过反馈控制补偿环境干扰对测量系统的影响,使测量系统适合在线测量;另一个干涉仪用于完成测量工作。两个不同波长的光同时作用于完成测量的干涉仪中,测量量程由两个波长的合成波干涉信号确定,使测量量程大于1mm;测量分辨率由其中一个单波长干涉信号确定,测量分辨率小于1nm。结果表明,这种基于复合光纤干涉仪的位移测量系统可以实现大量程、高稳定的位移在线测量。     

内嵌大量程光纤光栅传感器的智能拉索研制及应用

针对大跨度空间索结构施工及运营阶段的索力监测难题,基于光纤光栅应变敏感的特性,利用“预应力原理”与凹槽封装技术,该文研制了一种内嵌封装大量程光纤光栅传感器的智能拉索,解决了光纤光栅传感器工程应用易断裂及监测量程不足的缺陷。在此基础上对其进行张拉试验,验证智能拉索的主要传感性能指标。试验结果表明,光纤光栅传感器监测灵敏度约为0.002 66 nm/kN,线性度误差≤2.86%,迟滞误差≤1.53%,重复性误差≤2.40%,总精度误差≤4.03%,监测量程可达到拉索极限承载力的80%。采用该技术,利用光纤光栅传感器对某体育场馆索网结构的施工张拉进行实时监测,并将光纤光栅传感器监测荷载与千斤顶张拉荷载进行对比,索体张拉完成后两者误差仅为2.95%。该技术实现了拉索全生命周期、高精度的索力监测。     

《学报》与我们共同成长

研究了一种基于长周期光纤光栅的振动传感器波长解调方法,可解调波长范围为1 522～1 538 nm.宽带光源的出射光经光纤布喇格光栅反射后,入射到长周期光栅,经长周期光栅调制后光纤布喇格光栅反射光强会发生变化.通过对谐振波长处光功率的探测,实现光纤布喇格光栅静态、动态信号的监测.通过温度测量实验对监测系统进行标定,实验中光纤布喇格光栅传感器波长偏移量与系统输出电压成线性关系,比值为0.01 nm/mV.将传感器粘贴于铝板表面,采用该系统解调简支铝板结构的微小振动引起的波长变化.系统采集到的动态信号时域波形及频谱与涡电流位移计的测量结果相吻合,表明该系统可实现1 kHz以上的动态应变测量.     

大量程分布式光纤传感器的研究与应用

采用线型和螺旋型光纤传感技术相结合的方法研制出大量程、高定位精度的分布式光纤位移传感器,并对其量程扩展技术和埋设工艺进行了探讨。研究表明,研制的分布式光纤传感器水平位移监测的动态范围达到17 mm,深度定位精度为±0.2 m,可根据需求进行量程扩展,非常适合用于滑坡体深部变形的安全监测。     

多参量微纳集成传感器

为了满足采煤机械工作状态在线监测在线分析系统对微纳传感系统小型化和集成化的要求,设计了一种将压阻式振动传感器与铂电阻温度传感器集成的多参量微纳集成传感器。振动传感器由一个惯性质量块、八个梁和边框组成,惯性质量块通过八个梁悬挂在边框上。为了减小集成传感器的面积,铂电阻温度传感器的形状为"蛇"形。对所设计的多参量微纳传感器进行了流片加工和性能测试,铂电阻温度传感器的灵敏度为1.04 mV/℃,量程为-20～80℃,振动传感器的灵敏度为49.89 mV/g,灵敏度幅值线性度为-0.33%,量程为50g。实验结果表明,研制的多参量微纳集成传感器满足对振动和温度信号测量的需求。     

基于分布式光纤布里渊散射的油气管道应力监测研究

为了进一步提高油气管道的监测,提出了一种基于分布式光纤布里渊(Brillouin)散射的油气管道的应力监测方法,并对模拟性油气管道进行了实验研究。通过分析应变与布里渊频移之间的关系,研究了管道的形变,并且对如何布置光纤进行了研究。实验结果表明,布里渊散射光纤传感技术能够准确监测并识别管道的应力变化。在长为200m光纤中,应变分辨率达2με,空间定位分辨率达到0.5m。     

一种基于M-Z干涉仪的事件识别算法

利用基于马赫-曾德尔(M-Z)干涉原理的分布式光纤振动传感监测系统,提出了一种光缆振动事件的识别方法。该方法解决了普通光纤振动传感监测系统不具备模式识别智能分析可操作性的问题。通过对光缆上的振动事件的分析对振动的事件识别建模,利用大量实验数据将振动事件分类,通过与这些振动事件的比较,实现对振动事件的识别。     

布里渊光时域分析仪与马赫-曾德尔干涉仪共同检测传感技术

布里渊分布式光纤传感器适用于测量静态的温度/应力,而马赫-曾德尔干涉仪分布式光纤传感器(DOFS)可测量动态的应变变化。许多应用场合需要静态和动态的传感信息,这是单机理分布式光纤传感器难以达到的。由于布里渊光时域分析仪(BOTDA)和马赫-曾德尔干涉传感器都采用双向环路传感光纤结构,通过共用光源和主要光器件,将布里渊光时域分析仪和马赫-曾德尔干涉传感器相结合。利用布里渊传感测温度,马赫-曾德尔传感器测振动,从而可实现多机理多参量传感。搭建了25 km传感实验系统,对于马赫-曾德尔振动传感,定位精度达到60 m,并可计算振动频率;对于布里渊传感,在没有振动时传感光纤的始端和末端都为2 ℃的测量精度,但在振动时得到始端为3 ℃、末端为4 ℃的测量精度。     

干涉型光纤传感器检测结构振动的新方法

应用空间相干的光纤传感系统,结合数字图象处理装置,根据干涉条纹的移动方向和移动数,结合物理公式,采集和处理振动状态的图象信号,测得确定性振动的应变～时程曲线,振动频率,与理论解符合,在此基础上测得随机振动的应变～时程曲线,为结构工程振动检测提供一个新方法。     

光纤负压波管道泄漏监测系统

管道泄漏引发的负压波信号及其沿管道衰减程度与管道工况、长度及泄漏孔直径等因素有关。针对传统负压波监测方法定位精度低、可靠性差等问题,提出了一种光纤负压波管道泄漏监测方法。由泄漏负压波在管道中传播规律,通过提高传感器布设密度,降低信号衰减强度,得到了更清晰的负压波下降沿拐点信息。根据泄漏点所在传感器区间不同,提出了自适应负压波波速数值计算方法。在实验室分别对光纤与传统负压波泄漏监测方法进行对比分析,实验结果显示,在泄漏量为管道总运输量5%的工况下,光纤监测法泄漏定位误差小于1.6%,较传统的监测方法能获得更高的管道泄漏监测灵敏度及定位精度,具有更加广阔的应用前景。     

基于温度变化的涂覆型熔锥光纤传输特性

基于光在熔锥光纤中传输的基本原理,分析了在外界温度不断变化的情况下涂覆折射率匹配液的熔锥光纤传输损耗特性。利用计算机仿真与实验得到了这种器件的传输损耗特性曲线,计算机仿真结果和实验结果的一致性很好地说明了熔锥光纤传输特性随温度变化的关系。随着外界环境温度的升高,折射率匹配液的折射率降低,熔锥光纤所携带的光功率占总光功率的比值增加,导致传输损耗减小。同时利用这种传输特性得到了一种温度可调的短通滤波器件,在一定温度下,这种滤波器对长波的滤波大于35dB,其滤波截止波长随温度升高而向长波方向漂移,温度系数是40nm/℃。     

光纤干涉测距仪中倍增光纤长度的自标定

介绍了一种利用半导体激光器作光源 ,在光纤干涉测距中标定光纤光程差的自标定方法。它不需要借用外界仪器 ,仅利用自身的测量系统就可以精确地标定两组光纤的光程差。将标定结果引入测量系统 ,就可以实现测量系统的量程倍增 ,从而实现无长导轨的大距离、高精度测量。     

变压器油中溶解一氧化碳气体的光纤传感技术

为了满足变压器中绝缘纸板因过热或者放电故障产生的一氧化碳气体的在线监测需求, 提出了一种基于光纤光声传感的油中溶解一氧化碳气体检测技术。采用光声光谱气体检测技术、并结合光纤传感和膜分离技术, 设计了集成油气分离和气体检测功能于一体的光纤光声传感探头, 油中溶解的一氧化碳气体通过油气分离膜进入到光纤探头中的微型气腔; 采用两根光纤将探头连接到解调仪器, 分别传输近红外激发光和探测光; 气体吸收光能产生的光声信号被光纤法布里-珀罗传感器探测, 并被设计的光纤光声解调模块进行信号处理, 获得系统对一氧化碳气体体积分数的检测灵敏度为0.345pm/10-6。结果表明, 所设计的光纤传感系统对油中溶解一氧化碳气体体积分数检出限达到5×10-6。该研究具有精度高、抗电磁干扰、脱气简单的优势, 为变压器油中溶解一氧化碳气体的检测提供了新方法。     

一种实用的光纤光栅液位传感器

设计了一种波纹管为衬底的光纤光栅(FBG)液位传感头,提出用参考光栅补偿温度变化对FBG测量压力影响的方法。在3～30 cm的液位范围内,测试了传感器的特性,给出温度补偿后液位引起波长漂移的实验曲线。结果表明,传感器液位灵敏度为-0.0553 nm/cm。传感头采用Ni基合金作为机敏封装元件,具有抗腐蚀、耐疲劳的优点,适用于储油罐等恶劣环境下使用。     

特种微型光缆外护层固化度的研究

由于固化前后紫外光(UV)固化涂层材料分子链中>C-C<键上的C-H键面外弯曲振动在810cm-1附近产生的红外特征吸收峰会发生变化,因而采用了傅里叶变换红外光谱法(FTIR)对特种微型光缆外护层固化度进行测定.借此对不同抗氧阻聚、辐照时间等工艺条件下以及长期储存过程中特种微型光缆外护层的固化度进行研究及原因分析,为控...