基于BOFDA的感测光纤温度系数影响因素研究

在使用感测光纤对被测物应变进行监测时,由于光纤中的布里渊散射光对温度和应变同时敏感,所以当温度影响需要剔除时,通过探究光纤温度系数影响因素来进行合理的温度补偿就显得尤为重要。基于布里渊光频域分析技术(BOFDA),针对8种不同光纤的护套、涂覆层、附着基质等因素,研究了分布式光纤的温度系数影响因素。结果表明,涂覆层对光纤温度系数的影响可忽略不计,护套热膨胀会带动裸纤的变形使其温度系数增大,Hytrel、聚氨酯两种护套材料会在45℃软化失去对裸纤的影响;光纤附着基质为非金属材料时,光纤温度系数由裸纤、护套、基质三者共同决定;当基质为金属材料时,光纤温度系数仅由裸纤和基质决定;据此提出了一种对感测光纤整体进行温度补偿的新思路,即当温度变化ΔT时,可用温度系数来表示实际计算时需要剔除的布里渊频移量。     

光纤传感技术在变压器状态检测的应用

介绍了分布式光纤温度传感技术、光纤光栅传感技术、光纤F-P腔应力或振动传感技术、特种光纤传感技术在变压器中的应用。分析了各种光纤传感器的技术原理与系统结构,并阐述了其对电力系统中温度、应力、油中气体及局部放电故障等的监测作用。指出光纤传感技术具有独特的优势,将给电力系统变压器的状态监测带来突破。     

基于BOTDR分布式光纤传感技术的架空线路温度检测现场试验研究

为了实时监测长距离架空线路的温度状态信息,基于Brillouin光时域反射计分布式光纤传感技术研制了一体化的分布式光纤传感系统。实验室环境下,该系统主机最大传感距离为30 km,温度分辨率为±2℃,温度测量范围为-60℃~90℃,空间分辨率为10 m。利用该系统对110 k V线路的光纤复合架空地线光缆进行了近19 h现场温度检测试验,并将15.4 km位置的检测结果与光纤光栅传感器检测结果进行了对比。试验结果表明:现场环境下,光纤系统可对OPGW光缆进行分布式温度检测,检测结果基本符合当地温度变化趋势,在15.4 km位置点与光纤光栅传感器监测的温度曲线基本一致,最大差值仅为1.8℃。受光纤制作工艺和熔接点损耗等因素的影响,导致Brillouin散射光谱出现分段现象和现场试验的最大传感距离仅为16 km。试验结果对分布式光纤传感技术在电力工程应用中具有参考意义。     

基于长周期塑料光纤光栅的温度传感系统

介绍了长周期塑料光纤光栅在温度传感领域的应用,构建了基于长周期塑料光纤光栅的温度传感实验平台,测得了不同温度下光纤光栅的透射谱和温度灵敏度系数,并同石英Bragg光纤光栅进行了对比分析,实验结果表明,利用长周期塑料光纤光栅进行温度传感具有较大的优势。     

温度对水工沥青混凝土弯曲性能影响的试验

本文针对-30℃~ 25℃温度条件下的水工沥青混凝土开展了小梁弯曲试验,重点分析温度对水工沥青混凝土面板的各项力学性能指标的影响。试验结果表明：（1）温度对水工沥青混凝土的应力-应变特性有着密切关系。在-30℃~ 0℃温度区间,应力-应变曲线近似成线性关系,试件的应力达到峰值后发生断崖式下跌,呈脆性破坏;在0℃~ 25℃温度区间,试件应力达到峰值后经历一定程度的塑性变形后断裂,呈延性破坏。（2）水工沥青混凝土随着温度升高,其抗弯强度、弯曲模量逐渐降低,变形能力提高;随着温度的降低,峰值应变减小。（3）研究提出的经验公式较好反映了水工沥青混凝土在不同温度条件下弯曲性能的变化特性,与试验结果吻合较好。     

热处理对铁氧体温度系数的影响

本文略叙了不同温度(300℃、400℃和500℃)热处理对镁锌铁氧体温度系数的影响,在400℃下热处理,可获得最小的温度系数。在略低于居里温度下对铁氧体进行热处理,不但能降低μ_i的温度系数,而且还会降低比损耗。通常,人们认为后者的来源是形成叵明伐效应;作者认为前者的来源可能是消除了应力。运用磁晶各向异性和应力感生各向异性对磁导率的贡献来解释温度系数的变化,是令人满意的。     

光纤光栅传感技术用于架空输电线路状态监测

文章对3种光纤传感技术(B-OTDR/B-OTDA,DTS,FBG)用于架空输电线路状态监测进行了比较。DTS由于检测方法所限只能检测温度。虽然B-OTDA可以同时检测温度和应力,但由于光纤寿命、OPPC/OPGW制造技术以及价格昂贵等因素影响,不适合用于架空输电线路应力监测。光纤光栅传感技术具有价格适宜、精度高、速度快、测试距离长、可制成各种传感器等优点,适合用于架空输电线路的温度及应力等状态监测。     

空芯光纤多模干涉型温度传感器

提出了一种基于空芯光纤中多模干涉效应的光纤温度传感器,传感器由一小段内径为5μm、长度为20 mm空芯光纤两端与单模光纤熔接构成单模-空芯-单模(SMF-HCF-SMF)三段式结构。使用宽带光源照射该传感结构,通过监测传感器的透射光谱,利用传感器的多模干涉特征峰值波长对温度的敏感性实现温度监测。在30℃~80℃范围内行了升温实验,得到了线性良好、灵敏度为24.3 pm/℃的温度传感特性。该传感器结构紧促、制作简便、可靠性高。     

光纤光栅复合绝缘子的试制及标定试验

针对输电线路复合绝缘子运行检测现状,在综述国内外相关检测技术的基础上,结合光纤传感技术和复合绝缘子技术,通过在复合绝缘子的芯棒基体内植入光纤布拉格光栅构成智能芯棒结构,成功研制了光纤光栅复合绝缘子,设计了复合绝缘子内部温度与应力的采集系统,从而实现了复合绝缘子运行状态的实时监测;并对光纤光栅复合绝缘子进行了标定试验,确定了光纤光栅复合绝缘子的光栅中心波长与温度及拉力之间的定量数值关系。研究结果表明,拉力和温度的变化均与光栅中心波长变化量呈很好的线性关系,其中光栅的拉力系数在47～50pm/kN、温度系数基本在13.5～14.1pm/°C范围内变动。这些数据为绝缘子挂网运行状态分析定量检测依据。     

全光纤电流互感器温度特性建模分析与实验研究

建立了全光纤电流互感器(fiber-optical current transformer,FOCT)温度特性的数学模型。该模型充分考虑传感光纤的弯曲特性,结合光纤线性双折射的分布参数模型从本质上解释了温度对线性双折射的影响机理:由于传感环的弯曲性,温度变化会导致光纤横截面上的受力不对称,进而引起线性双折射;单位长度光纤的线性双折射相位差与温度变化量成正比,与光纤弯曲半径成反比。并结合光纤Verdet常数的温度特性综合量化了温度对FOCT的影响。采用COMSOL有限元分析方法实现光场、磁场、温度场、应力场的耦合并分析求解。仿真结果表明:双折射效应会使光波旋转角变小;光纤横截面上的应力差与温度变化量成正比,与光纤弯曲半径成反比;温度波动将引起线性双折射,进而使光波旋转角减小;结合Verdet常数得到了温度波动时FOCT的综合误差,与理论分析结果吻合。最后设计并搭建FOCT实验平台,进行线性度测试和温度循环测试。测试结果表明:实验误差与理论误差变化趋势基本一致;温度波动越大,FOCT误差漂移越严重,必须采取补偿措施,故提出一系列改善FOCT温度稳定性的方法。仿真与实验结果验证了理论分析的正确性。     

光纤传感元结构材料对其温度响应的影响研究

光纤传感元的结构形式和材料组成会影响温度作用下光纤的实际变形,从而影响其具体传感特性.理论分析并推导了温度作用下涂覆光纤和套塑光纤实际变形的表达方程式,定义了对应具体光纤结构的等效热膨胀系数.建立了涂覆光纤和套塑光纤的有限元仿真计算模型,具体研究了各层材料间沿轴向和径向的应力和变形分布规律.在此研究基础上分析了涂覆光纤光栅以及干涉型光纤传感器的温度响应公式的具体表达形式,研究结果同样适用于其它各类本征型光纤传感器的温度响应分析.     

地铁跨海隧道火灾自动报警系统设计与可靠性仿真

基于对分布式光纤感温火灾探测系统中光时域反射(OTDR)技术与光纤拉曼散射测温原理的分析,以青岛地铁1号线瓦屋庄站~贵州路站跨海区间隧道为例,设计一种含传感光纤、测温主机、远程监控计算机以及远程通信模块在内的隧道分布式光纤感温火灾自动报警系统,明确系统工作原理、特点、感温光纤的布设以及逐点标定。可靠性仿真试验显示,该自动报警系统响应时间与探测区间误差比较小,数据筛选效果好,有较高的稳定性与应用价值。     

分布式光纤温度传感检测技术及其应用

分布式光纤温度传感是一种用于实时测量空间温度场分布的新技术，对光纤沿线地点的温度进行分布连续检测，光纤本身就是温度传感器，由于光纤传感器的本征特点，该技术特别适合应用电气设备的温度检测，并能和消防报警系统配合使用，在发电厂，变电站的电气设备状态检测中有广阔的应用前景。     

Highly accurate temperature sensor using two fiber Bragg gratings

A new highly accurate temperature sensor for biomedical applications is proposed. The sensor, including two fiber Bragg gratings with different thermal coefficients, can accurately measure temperature with little laser frequency stabilization. A general theoretical model is established and the performance is analyzed. Some numerical examples from 0.1 °C to 10 °C temperature shift around human body temperature are presented. The novel method immunizes temperature sensing against the frequency drifting of the light source     

Multichannel fiber-optic interferometric sensor for measurements oftemperature and vibrations in composite materials

A multichannel fiber-optic interferometric sensor for measuring temperature and vibrations in composite materials is presented. The fiber-optic sensor is designed for simultaneous monitoring of all channels with optical fibers embedded in the structure. The multichannel arrangement with a common reference path and the transducer principle, based in optical phase measurements, provide a high sensitivity sensing of two parameters, their spatial distributions, and the rules of calibration. Our results show that the temperature gradient and the propagation of vibrations along a carbon fiber board are obtained at the same time using the proposed technique as well as their dynamic behavior     

Fiber-optic tactile microsensor for detecting the position of thetip of a fiberscope

A tactile microsensor employing optical fibers has been developed and evaluated. The sensor is used for touch sensing to detect the position of the tip of a fiberscope inside a small tubule, such as a blood vessel. The sensor consists of bosses as feelers, which are split sections of the end of a polyurethane tube, a metal diaphragm as a mirror and optical fibers transmit light. The sensors are fabricated using silicon micromachining, such as anisotropic etching and excimer laser etching. The sensing principle is based on the detection of changes in optical reflective intensity from a diaphragm located between a boss and an optical fiber. The width and height of the boss are both 200 μm. For the transmitting source and signal light, a multimode optical fiber 50/125 μm (core/clad) in diameter is used. The results show that tactility measurements can be made easily and safely in blood vessels. This paper describes the structure, fabrication processes, and performance of the sensor. We also propose micromeasuring systems combined with the tactile sensor and a fiberscope of contact type     

采用动态技术测试静态场的光纤测磁传感仪

在根据Mach－Zehnder干涉仅原理制作的各种光纤测磁传感仪中，由于传感臂一般都由磁致伸缩材料与光纤粘合在一起而构成，所以磁性材料所特有的磁致现象将导致重复测量的结果出现不确定的模糊。为了消除这种磁致误差，本文所设计的系统采用磁场扫描技术，除了在传感臂上施加一个频率为ω0的载波场以提高其灵敏度之外，同时还施加了一个频率为ω0的慢速扫描场以使各次重复测量保持相对的动态平衡，这样当被测场与交变的们置场共同作用于传感头时，利用相位检测装置即可得出被测场的大小。本系统可探测的最小静态场为10E－7（Oe／m）。     

Development of long range optical fiber sensors for compositesubmarine power cable maintenance

Long range optical fiber sensors for power cable maintenance have been incorporated into a newly developed 500 kV DC submarine power cable. Optical fibers are used for a distributed temperature sensor and a mechanical damage sensor. The distributed temperature sensor provides data on temperature at distances up to 30 km, and the mechanical damage sensor locates external damage points on the submarine cable. After each characteristic was investigated, optical fiber sensors were incorporated on the submarine power cable. This composite cable was evaluated by various mechanical tests. The results were satisfactory and showed the composite cable to be of practical use. This new approach of incorporating optical fiber sensors in the cable structure brings a new sophistication and reliability to cable maintenance     

光纤布里渊传感器在电力系统光缆监测中的应用探讨

分析了温度和应力给电力系统光缆带来的故障隐患,给出了利用光纤布里渊散射进行温度和应变分布同时测量的原理,并对光纤布里渊传感器的几种主要方案进行了分析比较。针对电力系统光纤通信网的特点及现有光缆监测手段,提出了利用光纤布里渊分布式传感器进行光缆断点、温度和应力同时监测的传感方案,探讨了其在电力系统光纤传输网在线监测中的应用方法及应用前景。     

地下电缆表面温度监测系统的分析

作为一种重要的电能传输介质,地下电缆线路深埋地下,具有可靠性高,供电安全的优点,但同时也因其局部温度过高从而容易引发火灾事故,因此,实时监测地下电缆温度具有重要的意义。本文基于分布式光纤传感器的原理,改进了光纤温度传感系统温度信号的解调方法,提出了地下电缆表面温度监测系统的优化结构。