光纤传感器在涡轮轴向位移检测中的应用研究

以光纤传感原理为基础，采用一种强度补偿型反射式光纤位移传感器，借助光纤本身的优势，实现涡轮机轴向位移的实时监测。系统包括光源及其驱动电路、光纤传输通道、信号处理电路和信号输出系统。通过双路接收的方法消除因光源发光功率波动、光纤损耗变化以及环境干扰光等因素对测量结果的影响。采用稳压源驱动和温度补偿保证光源发光的稳定性，进行转速监测以补偿速度变化引起的误差。采用单片机完成被测信号的识别和处理，提高了测量的精度。     

一种微振动光纤传感系统信号预处理电路

长距离分布式微振动光纤传感系统的系统噪声的重要产生原因是光源噪声。为了消除这类噪声,设计了预处理电路将一路光电信号转化为两路差分信号。电路将输入的光电流通过对管结构形成差分电流再分别转换成电压信号输出。仿真结果显示该电路可成功的输出两路差分信号,且带宽、增益和信号处理能力都比较强。     

一种双活塞光纤流体差压传感器及其强度补偿性能

本文对一种双活塞光纤流体差压传感器系统及其强度补偿性能进行了研究,首先提出了一种双活塞式的光纤差压传感器探头,基于该探头结构,设计了该光纤差压传感器的检测系统,并对传感器的强度补偿原理进行了分析.最后,对传感器进行了强度补偿实验,得到了不同光源功率时未进行强度补偿的输出电压及强度补偿后传感器的输出值,结果表明:当光源功率发生变化时,光电探测器的输出电压会随之发生较大的变化,最大输出值比最小输出值增大67％左右.经过强度补偿后,传感器左右两检测腔的输出值在检测压力不变的情况下维持在一个定值,不会因为光源功率的波动而发生变化.研究表明,传感器具有较好的强度补偿效果,能够满足检测要求.     

基于STM32恒流恒温超辐射光源系统设计

随着光纤传感、光纤陀螺等技术的飞速发展,超辐射发光二极管(SLD)运用场所也是越来越多,SLD光源的稳定性对光纤传感系统性能有及其重要的影响,为了提高光纤传感的精度设计了一种基于STM32的恒电流恒温度超辐射光源系统。该系统采用了运算放大器作为放大器件的恒流源电路技术方案确保电流稳定性,使用了PID算法确保温度控制电路稳定性,具有良好触摸屏控制的人机界面。文中对超辐射光源系统的硬件和软件进行了具体阐述。测试结果证明,该系统在正常温度下一定工作时间内都能保证SLD输出功率稳定在±0.01d Bm范围内,能够很好符合相关需求。     

新型高灵敏分布式光纤入侵监测系统

首次提出了一种基于纤维增强塑料(FRP)传感光缆的新型高灵敏相位敏感光时域反射计(φ-OTDR)分布式光纤入侵监测系统.该方案中传感系统光源采用价格比较便宜且使用比较广泛的窄线宽DFB激光器,并采用光纤饱和体吸收法来压窄激光器的线宽以增强后向瑞丽散射光的干涉效果;在传感光缆部分使用新型的FRP封装的特殊传感光缆,该光缆拥有比普通通信光缆高得多的应力敏感性;并且应用小波分析方法对得到的传感信号进行降噪处理,有效地提高了系统的信噪比.通过以上改进提高了系统对微扰远程定位检测的准确度和灵敏度.实验结果表明该传感系统在2 km和6 km处均能获得较高信噪比的扰动信号,能有效地预报和定位微扰的发生,由于该系统成本得到有效的控制,可能是目前国际上性价比最好的φ-OTDR分布式光纤入侵监测系统,可望在入侵监测中获得广泛的应用.     

声发射与超声波同时敏感的光纤光栅传感网络研究

针对声场分布的特点和光纤光栅的轴向应变敏感性,提出一种同时进行声发射和超声测量的扇形光纤光栅传感网络。搭建了光纤光栅高速波长解调系统,实验研究了声发射、超声波单独作用和联合作用下传感网络的信号响应强度和时频特性。实验表明,该传感网络可进行声发射与超声信号的同时测量,并可检测到非线性超声现象;声场扩散角内轴向布置的光纤光栅声响应强度高,而横向布置的光纤光栅对声信号不敏感。     

基于非本征光纤F-P腔的低压传感器研究

介绍一种基于非本征F-P腔(extrinsic Fabry-Perot cavity)的干涉/强度调制型光纤低压传感器。给出低压传感探头的结构设计和测量原理。利用石英膜片对光纤EFPI压力传感头进行压力测量灵敏度放大;通过不同谱宽的两路光信号的自补偿运算,提高系统的稳定性和抗干扰性。该传感器在0~1.5×105Pa的压力测量量程内,压力变化最小分辨率达到50 Pa,在连续15 h的动态测量下,测量偏差为0.1%FS。     

一种基于强度补偿的自由式光纤束差压传感器

对一种基于强度补偿的自由式光纤束差压传感器进行设计与研究。传感器探头部分采用同结构、双探头的设计,传感器探头采用机械式封装;对传感器的光纤部分进行了强度补偿设计与分析,并利用调制函数M,理论分析了补偿后的输出值R;在对两传感探头施加相等的压力p=20kPa情况下,改变光源的输出功率,测出光电探测器的输出电压值,并在两探头存在不同的压差Δp时,测出其输出值R。实验结果表明：通过强度补偿后,输出值R≈1,同时在不同的压差作用下,输出值R与压差Δp在一段区域内有较好的线性关系。研究结果表明：传感器的强度补偿效果明显,可实现压力差值的检测。     

基于光纤法珀传感器的局部放电测试系统

针对油浸变压器中局部放电的测试需求,设计了一套基于光纤法珀传感器的超声波测试系统。该系统采用集成可调谐激光模块作为光源,通过光纤环形器把光源、法珀传感器和光电探测器连接起来。光电探测器的直流输出信号通过MCU的检测,用来调整集成可调谐激光器模块的工作波长和传感器的工作点。对光电探测器输出的交流小信号通过信号调理电路进行放大、滤波得到被测声波的模拟信号。通过对模拟信号进行数据采集、分析和显示,实现对局部放电的监测。     

光纤光栅空分光复用传感系统的研究

介绍了一种光纤光栅空分复用传感系统,并将光纤光栅的传感特性应用于结构健康检测系统中。宽带光源发出的光波进入光栅阵列时,利用光开关选通不同光路实现FBG空分复用传感系统。系统采用等腰三角形悬臂梁调谐装置对FBG进行挠度加载,利用非平衡M-Z干涉技术对传感信息进行解调,将包含被测应变信息的FBG波长信号转变成相位信号,从而得到被测应变的大小,成功地实现了空分复用传感。该系统可用于静态应变和动态应变的检测,具有高分辨力、大测量范围的特点,其传感分辨率为7.3 nε,灵敏度的实验值为0.82°/με。     

光强自动补偿型光纤转角传感原理

本文采用了双路光纤接收方法，提出了一种可实现光强自动补偿的光纤转角传感器原理。从理论上分析了该传感装置的补偿机理，给出了特性调制函数。实验结果表明，该传感装置可有效地补偿光源强度的变化对测量结果的影响。     

啁啾效应对Bragg波长匹配解调精度的影响与消除

介绍了光纤光栅Bragg波长的匹配解调原理,分析了传感光纤光栅和匹配光纤光栅的反射谱相关函数, 说明相关函数与光电探测器输出信号具有线性关系。指出基于最大相关原理(光电探测器输出信号极值判断法)的匹配解调只适用于两个光纤光栅具有相同的反射谱型。采用光电探测器输出信号峰值判读时,传感光纤光栅的啁啾效应会引起Bragg波长的解调误差。理论分析和实验研究表明,对光 电探测器输出信号进行去卷积运算处理可以消除传感光纤光栅啁啾效应对Bragg波长解调精度的影响。     

温度和应力迟滞自补偿型光纤光栅传感器的研究

采用四对称悬臂梁与光纤布拉格光栅传感机构的组合设计，将2个相同反射波长的光纤光栅对称粘接于悬臂梁的上下表面，组成光栅串，实现对外压力的双光栅波长差的调谐方法。研究结果表明，该系统能自补偿光纤光栅压力传感系统的弹性迟滞影响，还能自补偿温度对光纤光栅压力传感的影响，解决了光纤光栅对压力和温度交叉敏感的问题，改善了传感系统的线性特性和重复性。在0～6MPa的测压范围内，双峰波长差的调谐范围为0—6．6nm，压力调谐双峰波长差的灵敏度可达1．12nm／MPa，在15—110℃测温范围内，温度调谐双峰波长的灵敏度可达0．028nm／℃。     

光纤编码技术在区域定位监控中的应用

提出了一种适用于光纤长距离环境监控的区域定位新方法.具体是利用布设在现场的传感光纤对区域环境振动实现实时记录,用白光干涉方法实现振动信号的提取和还原,用传感光纤的编码(排列组合),实现不同区域的定位.通过实验研究表明,该方法能对环境触发信号进行实时监控,并能确定信号所属区域.应用光纤编码技术实现区域定位,能有效减少光纤长距离监控系统的复杂程度,降低系统成本,有望在大区域、长距离的监控领域获得成功应用.     

光纤光栅位移传感器的研究

分析研究了光纤布拉格光栅传感信号解调原理;提出了基于步进电机调控的等强度悬臂梁光纤布拉格光栅传感信号解调方案;设计了一种基于悬臂梁调谐和匹配光栅解调技术的光纤布拉格光栅传感信号解调技术方案;推导了传感光栅中心反射波长的变化量与参考光栅中心反射波长变化量的关系式,并根据以上原理设计了系统的各个部分。步进电机将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件,在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响。该系统具有结构简单,精度较高,成本低等特点。     

光纤流量非浸入式测试系统

提出了一种基于湍流振动原理的非浸入式流量测量方法。该方法通过在油管外壁缠绕特定长度的传感光纤,并在传感光纤两端焊接光纤光栅组成光纤流量传感单元。由于流体流过管壁时湍流产生动态压力,动态压力会导致缠绕在管壁上的传感光纤相位发生变化;通过光纤干涉仪技术、时分复用技术及相位载波调制解调技术解调出相位信息,即可实现流量的在线监测。实验数据分析显示,得到的相位变化与流速呈二次曲线关系,设计的实验系统可实现5~50m3/h流量的实时在线测量。由于采用光纤作为传感器感知流量信号,该方法结构简单可靠,灵敏度高,避免了传感光纤流量计需要浸入流场的缺陷,是井下流量测试的理想方法。     

分布式Bragg光栅应力测量系统的研究

提出了一种分布式Bragg光纤光栅应力测量系统,利用Bragg光栅作为传感基元,采用宽带光源和可调谐滤波技术对Bragg光栅阵列信号解调,实现分布式应力测量.通过理论分析和实验研究证实了系统方案的可行性,该系统应变测量的分辨率达到了33nε.     

基于BOTDA技术的分布式光纤温度传感试验系统

建立了基于BOTDA(布里渊光时域分析技术)的分布式传感实验系统,该系统由150 mW窄带激光器、50 mw窄带激光器、声光调制器、脉冲发生器、环形器、频率计数器、光电探测器及相应光学器件组成.进行了温度传感试验,获得传感光纤处于25℃、35℃、45℃及55℃时的布里渊频移谱,通过对不同温度下频移谱峰值进行拟舍得出该系统的温度系数.进行了分布式光纤温度传感试验,将传感光纤分成3段,中间段置于温控箱中,调节温控箱的温度,使中间段温度不同于其他两段,扫描泵浦激光频率,使得处于室温下的传感光纤中发生受激布里渊散射,利用示波器获取了当光脉冲为2μs时系统输出电压信号波形.     

利用光纤偏振分束器和保偏光纤的传感解调系统

提出了一种利用光纤偏振分束器(PBS)和保偏光纤(PMF)中偏振模间干涉原理实现光纤布拉格光栅波长解调的方案,以提高光纤光栅传感解调系统的解调精度和稳定性。运用矩阵光学原理建立了数学分析模型,由此给出了系统输出信号与光纤光栅布拉格波长之间的关系。通过仿真分析,研究了保偏光纤长度、输入光相对于保偏光纤主轴的偏振角度和光纤偏振分束器主轴方位对系统输出信号的影响,明确提出了提高系统灵敏度的方法。根据设计方案搭建了实验系统,并进行了实验验证。结果表明:该设计方案可行,系统的波长分辨率1pm,测量精度1pm,温度可测量范围为90℃。该系统测量精度高,其稳定性优于利用M-Z型干涉仪的解调装置。     

光纤周界安防系统端点检测技术的研究

光纤周界安防系统是一种利用光纤作为传感介质的传感系统,通时计算机对传感系统的输出信号进行处理.以往的算法都是对计算机接收到的信号直接进行定位及模式识别处理,由于接收到的信号在大部分时间都是无用的静默信号,限制了系统的效率.在简单阐述光纤周界安防系统原理的基础之上,介绍了端点检测技术,有效截取信号中的有用目的信号,最后结合实验数据,着重分析了短时能量和短时过零率两种端点检测方法所存在的问题,并提出了相应的改进办法,滤除了无用信号,并在一定程度上排除了自然界中风和雨的干扰.