光纤光栅传感技术及其在石油工业中的应用

阐述了光纤光栅温度和应变传感的响应机理．对光纤光栅多参量区分测量技术和光纤光栅传感网络复用与解调技术进行了综合评述．结合光纤光栅传感技术的本质突出优势和石油工业特点,讨论了其在油气生产中温度和压力测量、测井技术、地震波检测、长距离石油管道监测等方面的应用．     

分布式光纤光栅应变和温度同时测量系统

设计了分布式光纤光栅应变和温度同时测量系统,光源为时钟脉冲宽带光源,结合时分和波分复用技术解决光纤光栅传感网络的复用寻址问题,选用不同包层直径光纤相熔接的应变补偿法传感头设计方案,实现了温度和应变的同时测量.采用阵列波导光栅技术对传感信号进行解调,通过理论分析证实了系统方案的可行性.系统对应变和温度的测量范围为0～2500 με和25～120℃,误差分别为±17 με和±1℃.     

光纤布拉格光栅传感器在温度计量中的应用前景

光纤布拉格光栅传感器(FBG)是波长编码传感器,它将感测到的信息转化为其响应波长的移动,即用波长编码,与光源起伏、光纤弯曲损耗、光纤连接损耗、光波偏振态无关,具有很强的抗干扰能力,可实现分布式多点实时在线传感,适用于温度、应力、应变等物理量的测量。温度传感是FBG最主要和最直接的应用之一。温度对光纤光栅反射波长的影响是由热膨胀     

光纤布拉格光栅传感特性及实验研究

本文分析了光纤布拉格光栅传感温度和应变的基本原理及其灵敏度,构建了光纤布拉格光栅传感特性实验系统,介绍了光路系统的组成结构、原理及其相关器件特性,完成了温度和应变量的测量实验。实验结果表明,采用光纤布拉格光栅能够实现应变和温度的测量,从而证明了光纤布拉格光栅传感技术理论分析的正确性和实验系统设计的合理性。     

一种简易测试光纤光栅应变测量系统的方法

针对光纤光栅应变测量系统应用测试问题,基于悬臂等强度梁应变实验,对比理论计算、光纤光栅应变传感器及电阻应变片的三种应变测量方法,得出光纤光栅应变测量系统具有较好的可靠性和准确性。以国外可靠光纤光栅应变测量系统为参照,提出了简易测量光纤光栅应变传感器和光纤光栅传感分析仪性能的方法。针对准分布式监测问题,主要分析了光分路器对光纤光栅传感应变测量的影响。上述分析为光纤光栅应变测量系统在工程中的应用提供充分依据。     

光纤布拉格光栅应变与温度传感特性及其实验分析

对光纤布拉格光栅应变与温度传感特性进行了分析，理论计算了波长变化对传感系数的影响，提出了光纤光栅应变传感的温度补偿方法，并理论分析了光纤光栅温度和应变传感的耦合作用，最后，通过材料实验与等强度梁实验研究与分析了光纤光栅的应变与温度传感特性。理论分析与实验结果表明，两者吻合很好，光纤光栅的波长变化与应变和温度存在很好的线性关系，波长变化对传感系数的影响很小。     

啁啾光纤光栅的传感性能及测量方法研究

介绍了啁啾光纤光栅的物理结构和传感原理,引入参考光栅,采用调制光强的方法实现了啁啾光纤光栅的传感信号解调,测试了它的应变和温度传感性能,测试数据显示其应变和温度传感曲线的线性度分别为0.9991和0.9989,表明啁啾光纤光栅具有较好的线性传感特性。为了解决长期检测时测量结果受光源衰减影响的问题,提出了一种新型的基于光强比值的解调处理算法并进行了实验验证,结果表明,该方法不仅极大地提高了啁啾光纤光栅用于长期检测的测量精度,还具有温度自补偿功能,提高了抗干扰能力,满足长期测试需求。     

光纤结构对参考光栅温度补偿误差影响

光纤光栅的温度传感特性是与其实际结构组成相关的。在现有的参考光栅温度补偿方法中,大都没有考虑温度参考光栅的结构影响问题。本文通过力学分析和数学仿真计算对涂覆、套塑光纤光栅的实际温度响应特性进行了研究。推导得出了与光纤结构相关的光栅温度传感特性公式,并首次给出了光纤结构在参考光栅温度补偿法中引入误差的定量分析方法。本研究有助于根据测量结果对被测结构的应变状态进行更为准确的评价,也为实际应用中合理选择温度参考光栅的涂覆层参数提供了有力的理论依据。     

光纤Bragg光栅位移和温度双参量传感实验研究

采用一种新颖的等强度梁光纤光栅（FBG）传感结构,将光纤光栅沿梁轴向粘贴在传感梁上,并确保光栅的一半粘贴在梁上,另一半则沿梁的轴向呈自由状态,通过两部分光栅对梁自由端位移和环境温度的不同响应,实现温度和位移的同时测量,测量误差不大于4％。通过多次实验验证,所得结果与理论分析相符合。     

光纤Bragg光栅位移和温度双参量传感实验研究

采用一种新颖的等强度梁光纤光栅（FBG）传感结构,将光纤光栅沿梁轴向粘贴在传感梁上,并确保光栅的一半粘贴在梁上,另一半则沿梁的轴向呈自由状态,通过两部分光栅对梁自由端位移和环境温度的不同响应,实现温度和位移的同时测量,测量误差不大于4％。通过多次实验验证,所得实验结果与理论分析相符合。     

光纤Bragg光栅用于动态应变测试的研究进展

应变测量是光纤光栅的主要应用之一。概述了光纤Bragg光栅（FBG）在不同时期和领域用于动态应 变测试的研究进展;阐述了传感头、信号的解调方法和工程应用;评述了基于光纤Bragg光栅的动态应变测试方 法和解调技术;比较了各自的优缺点和目前所能达到的测试范围     

Pressure Vessel Wall Thinning Detection Using Multiple Pairs of Fiber Bragg Gratings For Unbalanced Strain Measurements

This paper proposes a method for using a pair of identical fiber Bragg gratings to measure the unbalanced strain factor in an isothermal-mechanical system. Cascading two identical fiber Bragg gratings, the unbalanced strain factor caused by the disturbance can be interrogated from the peak difference of the two reflecting Bragg wavelengths. If the mechanical system is in an isothermal environment, the thermal variations in the Bragg grating detection system can be automatically compensated. To verify the feasibility of the unbalanced strain detection using a pair of fiber Bragg gratings, the wall-thinning monitor in a pressure vessel system was investigated. The proposed technique is easy to install, immune to electro-magnetic and thermal interference, and highly sensitive in-time to remote monitoring for fiber optic smart structures.A finite element model (FEM) is used to simulate the wall thinning in a pressure vessel system. The minimum detectable unbalanced strain and cross-talk between two reflecting Bragg wavelengths were investigated.ROC Revised for Journal of Nondestructive Evaluation, 2000     

改进型双光栅矩阵运算光纤光栅传感器

在光纤光栅传感器的应用中一直存在着交叉敏感问题,必须采取各种措施进行补偿或区分。 在悬臂梁的上下两面分别粘贴光纤光栅,通过分别测量这两个光栅的波长位移的改进型双光栅矩阵运算法来克服交叉敏感问题。该方法只需要一套光源和检测系统,装置简单,具有较低的成本和实际应用前景。     

半导体光纤温度传感器特性研究

设计了一种新颖的半导体光纤温度的传感器。通过实验的方法研究了采用不同光源时传感器的输出特性。根据实验数据了分析了传感器的灵敏度、测量范围、线性度和重复性与光源光谱性之间的关系。实验结果表明用该光纤温度传感系统可以实现对温度的非接触稳定测量。     

大型结构应变场光纤分布监测系统

研究了一种用于大型工程结构应变、变形状态监测的基于光时域反射技术的分布式光纤应变传感系统。设计了一种新型的光纤微弯传感器结构,用于对沿传感光纤分布各测量点的应变信息进行提取;在此新结构的基础上,了全光纤型应变传感器串行阵列,以对构件应变测量和安全监测为主要目标,建立了起了分布光纤应变实时监测系统,进行了系统实验了得到了良好的结构。     

Modern fibre optic sensors

Fibre optic sensors are currently used as transducers for many physical phenomena. Variations on the scheme of measuring a small gap in real time with Fabry-Perot interferometry yield sensors for local strain, extension between points, crack growth, fluid pressure, temperature, surface shear and acoustic emission in solids. Chemical changes can also be monitored with long period gratings using affinity coatings. The embedding of fibre optic elements in structural materials presents a technical challenge in the use of fibre optic sensors. Fibre egress has been addressed by the use of strain relieving sheathing and the introduction of wireless telemetry. The smart footbridge at the University of Missouri — Rolla highlights the application of fibre optic sensors in civil structures. This bridge is equipped with extrinsic Fabry-Perot interferometer sensors measuring flexural strain, shear strain and temperature, providing year round information from the structure.     

Multi-parameters measurement based on cascaded Bragg gratings in magnetic fluid-infiltrated photonic crystal fibre

Simultaneous measurement of multi-parameters is demonstrated quantitatively using two fibre Bragg gratings inscribed on a high birefringence photonic crystal fibre (PCF) and common PCF, respectively. The birefringence coefficient and the Bragg wavelengths corresponding to the fast-axis mode and slow-axis can be magnetic-controlled by filling magnetic fluid (MF) into several cladding air-holes. Based on the dependence of the MF refractive index on temperature and magnetic field, the sensitivity of the spectral response of the device to longitudinal strain, magnetic field and temperature are characterized, and the results of its application as a multi-parameter sensor are also presented.     

光纤光栅温度传感器地面比对校准技术研究

为了推进光纤光栅温度传感器在飞行试验机载测试中的应用研究,以PT100铂电阻温度传感器测试输出为基准,开展光纤光栅温度传感器地面比对校准实验对其测试精度进行验证,经过实验,光纤温度传感器精度高,可实现同一通道上的多点测试,为某些试飞科目中的分布式温度测量提供了一种新思路。     

基于相位测量轮廓术的复合光栅优化设计

基于复合光栅的相位测量轮廓术在物体三维信息重建中是一种非接触、实时的测量方法.通过对这种光栅的形成机理分析,发现当复合光栅中的空间调制光栅的频率一定时,其中相移光栅周期与三维重构精度有关,并且存在一个重构均方差最小值的相移光栅周期,其大小与被测物体的形貌有关.因此,可通过优化复合光栅结构的方法来提高测量精度.利用数字投影仪将连续改变相移光栅周期得到的复合光栅投影到物体,获取变形光栅图像来重建物体的三维信息,从周期数与均方差关系曲线中找到对应的复合光栅的最优化参数,以实现复合光栅最优化设计.通过数字模拟和实验都证实采用优化设计的复合光栅来提高物体的测量精度是有效的.