分布式光纤温度和应变传感技术的研究进展

文章针对分布式光纤传感技术现状,介绍了基于相干光时域反射和双脉冲布里渊光时域反射的两种光纤传感技术,这两种温度和应变传感具有高测量精度、高空间分辨率等优点,可广泛应用于国防、科研等领域.详细分析了两种传感方法的系统方案和实现原理,指出了每种方法的关键技术及创新点.探讨了分布式光纤温度和应变传感技术的发展趋势.     

光纤布里渊温度和应变分布同时传感方法研究

布里渊分布型光纤温度和应变同时传感的方法主要有3种:布里渊散射谱双参量同时测量的方法、双布里渊频移同时测量的方法及联合拉曼散射和布里渊散射效应法.文章对这3种方法进行了深入的研究,阐述了实现各种方法的具体方案,并对其性能及成本进行了比较,给出了一种可实现温度和应变高精度同时测量的传感方案.     

用可调谐F-P滤波器实现分布式应变与温度同时测量系统

理论分析了FBG光纤光栅和长周期光纤光栅应变与温度同时测量的传感原理.在分析实现光纤光栅传感技术解调的基础上,重点研究了可调谐光纤F.P滤波器解调法.提出采用可调F-P滤波器实现分布式应变与温度同时测量系统的解调方案,较好地实现了多点应变与温度的同时测量.这种方法的测量精度较高,其中测量应变的灵敏度可以达到9με,测量应变的灵敏度为15℃.     

长周期光纤光栅单损耗峰实现轴向应变和温度双参量

由于长周期光纤光栅进行传感时存在温度交叉敏感的问题,因此,提出了一种长周期光纤光栅单损耗峰实现温度与轴向应变双参量同时传感的方案。实验制备长周期光纤光栅并分析光栅损耗峰随温度和轴向应变变化的特性：温度导致光栅中心波长漂移,温度灵敏度为90 pm/℃,但是对强度几乎没有影响;轴向应变主要影响光栅的强度,轴向应变灵敏度为12 dB/mε,对中心波长影响较小。实验结果表明,利用长周期光纤光栅单损耗峰从波长漂移和强度变化两个维度进行分析,可以实现温度、轴向应变的双参量同时传感。该方案结构简单,迟滞、重复特性好,具有一定的实际应用价值。     

光纤布里渊温度和应变同时传感系统性能分析

采用基于朗道比的微波外差检测技术的布里渊光时域反射传感系统,获得布里渊散射信号的频移和强度,可以精确地测量沿光纤长度的分布式温度和应变信息。此方法在同一条光纤线路上分别测量光纤的布里渊散射和瑞利散射,且使用布里渊频谱扫描对信号进行处理。给出了这种传感方案的实验系统,并在理论推导的基础上对其性能进行了分析,该传感系统可以获得1℃的温度分辨率和100uε的应变分辨率。     

高压电缆用分布式光纤传感检测系统

电力电缆线路运行时的温度和应变在线检测是保障电力系统安全与稳定的必要措施。介绍了用于高压电缆在线监控的分布式光纤传感检测系统方案。详细阐述了检测系统中测量设备的选择,研究了适用于电力系统复杂环境中的温度和应变测量的新型传感光纤——碳密封涂覆光纤,并对这种传感光纤的安装方式进行了探讨。分布式光纤传感检测系统将在高压输电电缆系统的在线检测方面有很大的应用前景。     

单光纤光栅温度应变双参数传感研究

报道了一种用一根光纤光栅实现温度与应变同时测量的传感方案。用于同时传感温度与应变的光纤光栅写于两种不同光纤的连接处 ,本身具有两个反射峰。由于两种光纤的光热系数不同 ,两个反射峰具有不同的温度响应。通过监测两个反射峰的波长移动便可实现温度与应变的同时测量。     

FBG传感对应变，温度及湿度的同时测量

为更好地解决交叉敏感这一光纤光栅应用中的瓶颈问题,该文从光纤布喇格光栅(FBG)的传感理论出发,分析了光纤光栅在同时测量应变、温度及湿度时交叉敏感的物理机制.通过给光纤光栅外层镀湿敏材料和温敏材料,推广了双光栅法解决交叉敏感的思路,采用三光栅法实现同时对应变、温度及湿度的测量,并设计了相应的解调方案.通过控制步进电机对基于悬臂梁的匹配光栅施加压力或拉力,从而与传感光栅进行匹配,能对传感光栅的波长漂移量进行高精度的测量.     

相干自外差布里渊光纤传感系统设计及性能分析

设计了一个外差检测式布里渊光纤传感系统,采用逐步调节微波本振信号与布里渊电信号相外差的方法,实现了布里渊信号的频移和强度的同时测定,从而实现光纤温度和应变的同时测量.最终实现了10 km传感距离1 m.的空间分辨率的基础上,0.5 K的温度分辨率和105με的应变分辨率.     

光纤光栅传感特性的研究

通过对光纤光栅传感技术的研究,分析了光纤光栅的温度、应变传感特性,对光纤光栅的应变.温度传感特性进行了实验研究,论证了光纤光栅传感技术用于应变测量的可行性。     

布里渊散射交叉敏感解决方法综述

光纤布里渊传感中,本征存在的由温度和应变交叉引起的判断模糊问题,一直是光纤分布式传感领域的研究热点.针对这一问题,总结了四类解决方法:铺设参考光纤、双参量矩阵方程测量、双物理效应结合及特种光纤判别.对每一类解决方法的原理、系统、传感性能及特点进行了分析,并对各种方法进行了讨论、对比与评价.最后总结并展望了解决交叉敏感问题的研究方向.     

多参量一体化光纤传感器及标校系统的研制与开发

提出一种集温度、压力和流量多参数同时测量的新型光纤传感器,并对其原理和结构、工艺设计展开研究工作。采用靶式与悬臂梁结构相结合的机敏结构、薄壁压力应变筒结构等集成在同一传感器探头上,并利用四只光纤光栅使得温度、压力和流量三个参数得以同时检测。利用光纤光栅两两之间波长移动量相差或相和,使温度与流量、压力交叉敏感问题得以解决。同时开发了光纤传感器标校系统,这一系统可以较准确实现对所研发的多参量一体化传感器的测试结果进行检测和标校。     

双简支梁结构光纤光栅加速度传感探头的设计

采用双简支梁结构设计了一种光纤光栅加速度传感探头,探头弹性系统由双简支梁、双光纤光栅、质量块等组成。采用差动补偿法解决了光纤光栅传感器温度与应变交叉敏感问题。该探头结构简单,线性度好,一阶谐振频率达到525Hz,不受电磁干扰,不受光路功率波动和相位噪声影响,且测量灵敏度是单光纤光栅传感器的2倍。     

BOTDA系统偏振效应研究动态

文章对布里渊光时域分析(BOTDA)分布式光纤传感系统中的偏振效应机理及受激布里渊散射的矢量模型分析进行了阐述。对目前国内外的研究现状,从受激布里渊散射效应中偏振相关布里渊增益谱分析、控制偏振态以及抑制偏振衰落技术等方面进行了详细介绍。布里渊光纤传感系统矢量建模分析和偏振态控制技术具有很好的研究前景,对未来研究中利用偏振态的敏感特性进行分布式传感光纤的温度、应变和振动信息测量及抑制偏振衰落来提高光纤传感系统空间分辨率都具有参考价值。     

Piezo displacement sensors for a compact high-speed x–y nanopositioner in differential actuation mode

An emerging actuation technique in piezo driven nanopositioners is differential actuation, where each axis has two opposing actuators that operate differentially and provide bilateral motion. It has simultaneous benefits of improving linearity and range of displacement. However, few methods for displacement sensing employing in-situ transducers have been considered for this kind of nanopositioners. We address a novel application of PZT piezoelectric chips for direct displacement sensing in differentially driven nanopositioners. First, an electromechanical force analysis is performed in order to increase the PZT sensor sensitivity through the structural design of the nanopositioner. Secondly, the sensing performances of the proposed in-situ PZT sensor are compared with those from an alternative built-in piezoresistive (PZR) strain gauge sensor under equal circumstances, in different sensing and actuation configurations. While the PZR sensor has a larger sensing bandwidth than the PZT one and performs better if the actuation frequency is smaller than 30 Hz, the PZT sensors provides better accuracy when the actuation is well within its sensing bandwidth. The accuracy of the differential sensors and the input-displacement linearity are improved when the mechanical preload force magnitudes on the opposing actuators are balanced. The differential PZT sensor can provide accurate measurements even in a non-differential mode after recalibration.     

FBG传感技术在智能车流量检测系统中的应用

探讨了光纤布拉格光栅（FBG）传感技术在公路交通流量检测监视系统中的应用和FBG应力传感中温度交叉敏感的问题.首先从理论上分析了光纤光栅传感器的结构和原理,然后通过实验研究并搭建实验系统,经反复测试最终取得了理想的实验结果.利用不同车型的数次过车实验,证明该识别系统识别准确率达100%,且该系统不怕潮湿、粉尘、抗电磁干扰,有望替代现有的电类产品,在工程实践中获得广泛应用.     

Optimization of a buried microstrip antenna for simultaneous communication and sensing of soil moisture

Imbedded microstrip antennas have been previously demonstrated for use either as sensing elements or as components of a wireless communication system. This paper presents a method and dual use designs for simultaneous sensing of soil moisture and communication from the buried antenna to an external receiver. Using the genetic algorithm and the finite-difference time domain (FDTD) method, the sensing band is designed to have maximum sensitivity to the moisture of the surrounding soil, while the communication band is designed to have minimal detuning due to changes in soil moisture. Single layer and stacked microstrip antennas are shown.     

随机表面光散射的研究和应用综述

随机表面光散射的研究在过去10年中取得了一系列重要的进展,在现代军事、遥感、辐射测量和工业在线检测等领域的应用也日益广泛,本文在简要回顾早期研究成果的同时,侧重介绍了近年来面散射研究的方法、成果和应用。     

光纤消逝场传感器传感结构的分析与应用

对光纤消逝场理论进行了详细分析,阐述了影响光纤消逝场传感器灵敏度的一些关键因素,并对几种常见的光纤消逝场传感光纤的优缺点进行了比较,主要包括圆柱形、D形、U形、锥形以及光子晶体光纤等结构的传感光纤。通过分析各种传感结构的光纤消逝场传感器的应用实例,归纳总结了提高光纤消逝场传感器传感灵敏度的一般方法,包括在传感光纤表面镀薄敏感膜或者金属膜、优化传感光纤结构、进行荧光标记以及用纳米粒子修饰等一系列措施。