Rogowski线圈的FBG电流传感器研究

电流是电力设备进行计量、监控和保护的重要参量,对其准确测量是电力系统安全、稳定、可靠和经济运行的保证。研制了一种Rogowski线圈、叠堆压电陶瓷和光纤Bragg光栅组合成的测量大电流的电流传感器。利用Rogowski线圈把高压侧大电流线性地转换为低电压,输出电压加在叠堆压电陶瓷上,由逆压电效应,叠堆压电陶瓷伸缩带动光纤Bragg光栅伸缩,将叠堆压电陶瓷的应变线性转换为光纤Bragg光栅的中心反射波长的移位,增加温补光栅消除环境温度的影响,通过测量光纤Bragg光栅中心反射波长的移位来测量电流的大小。测试结果表明,该电流传感器的灵敏度为0.071 8pm/A,非线性误差为3.47%FS,滞后误差为4.17%FS,重复性误差为4.17%FS。     

Rogowski线圈的FBG电流传感器研究

电流是电力设备进行计量、监控和保护的重要参量,对其准确测量是电力系统安全、稳定、可靠和经济运行的保证。研制了一种Rogowski线圈、叠堆压电陶瓷和光纤Bragg光栅组合成的测量大电流的电流传感器。利用Rogowski线圈把高压侧大电流线性地转换为低电压,输出电压加在叠堆压电陶瓷上,由逆压电效应,叠堆压电陶瓷伸缩带动光纤Bragg光栅伸缩,将叠堆压电陶瓷的应变线性转换为光纤Bragg光栅的中心反射波长的移位,增加温补光栅消除环境温度的影响,通过测量光纤Bragg光栅中心反射波长的移位来测量电流的大小。测试结果表明,该电流传感器的灵敏度为0.071 8pm/A,非线性误差为3.47%FS,滞后误差为4.17%FS,重复性误差为4.17%FS。     

基于双光纤光栅的光学电流互感器设计

通过采用双光纤光栅交叉结构设计的电流互感器,实现了基于方形超磁致伸缩材料和光纤Bragg光栅的电流互感器的温度补偿,同时实现了对超磁致伸缩材料受热膨胀带来的光纤Bragg光栅中心波长的应变漂移的补偿,提高了基于双光纤光栅的光学电流互感器的测量精度。     

浮子式光纤Bragg光栅密度传感器

针对传统浮子式玻璃密度计测量人为因素影响的缺点,实现了易燃易爆液体密度的本安测量。浮子式光纤Bragg光栅液体密度传感器全部浸没在被测液体中,液体密度导致浮子受浮力作用,等强度悬臂梁发生挠度变化,粘贴在悬臂梁上的光纤Bragg光栅的Bragg波长发生移位,通过与传感器连接的光谱分析仪,得到Bragg中心波长移位量,算出被测液体的密度。通过试验,Bragg波长的移位-密度量为传感器的灵敏度,为1.2pm/kg/m^3,分辨率为0.83kg/m^3/pm。测量范围：0.000kg/m^3至2.459×10^3kg/m^3。     

一种新颖的光纤Bragg光栅小电流传感器设计

利用光纤Bragg光栅的应变传感原理设计了一种新颖小电流传感器,通过检测光栅反射峰峰值波长的位移来实现小电流的检测.实验结果表明,室温下检测电流在10 mA～10 A范围内时,传感曲线具有良好的线性,且测量值与理论值较吻合.与微弯效应光纤电流传感器相比,该方案具有更好的稳定性和较高的精度.     

F-P光纤传感器及光纤Bragg光栅传感器应用于光纤智能夹层的研究

本文对嵌入F-P光纤传感器和Bragg光栅光纤传感器的光纤智能夹层进行了研究,实现了对应变的测量。通过对光纤智能夹层的理论分析和试验研究,分析了应变对传感系数的影响,研究了F-P光纤传感器检测的应变与所受的载荷及Bragg光栅传感器波长变化量与应变之间的关系。     

光纤Bragg光栅传感器在矿井巷道锚杆应变监测中的应用

针对目前矿井巷道普遍采用的机电类传感器存在的检测灵敏度低、抗干扰能力差、使用寿命短等不足,提出将光纤Bragg光栅(FBG)传感器应用于煤矿巷道支护锚杆的应变监测中。光纤Bragg光栅的谐振波长与光栅的周期以及纤芯的有效折射率有关,当这些参数由于外界应力的变化而发生改变时,其谐振波长会相应发生变化,因此通过检测谐振波长的变化量,即可实现对应变的传感监测。模拟实验表明,光纤Bragg光栅传感器监测结果准确,为矿井巷道支护锚杆的应变监测提供了一种行之有效的方法。     

基于光纤Bragg光栅的滤波技术

介绍了国际上最新的基于光纤Bragg光栅的光纤滤波技术的发展情况。详细阐述了分布反馈式光纤Bragg光栅滤波器、多波长选择光纤Bragg光栅滤波器、应用光纤Bragg光栅的Michelson干涉型（MI）滤波器以及光纤Bragg光栅滤波耦合器的理论难点,基本原理及其应用。     

基于DFB激光器解调技术的光学电流互感器

针对交流电流的测量,提出了一种基于分布式反馈（DFH）激光器解调技术的光学电流互感器（0CT）。OCT的传感部分运用光纤Bragg光栅（FBG）和超磁致伸缩材料（GIⅢ①作为传感器探头,同时应用DFB激光器对FBG进行解凋,实现交流电流的测量。对于这种新型的OCT进行了理论分析和实验研究,实验测得系统传感灵敏度可达到1...     

基于光纤Bragg光栅的滤波技术

介绍了国际上最新的基于光纤Bragg光栅的光纤滤波技术发展情况，详细阐述了分布反馈式光纤Bragg光栅滤波器、多波长选择光纤Bragg光栅滤波器、应用光纤Bragg光栅的Michelson干涉型（MI）滤波器以及光纤Bragg光栅滤波耦合器的理论难点、基本原理及其应用。     

超声脉冲导入光纤光栅的动态光谱特性研究

提出超声以矩形脉冲波的形式轴向导入光纤光栅,分析超声脉冲作用于光纤光栅的机理;在此基础上,设计超声脉冲发生电路以及超声换能器,用高电压脉冲驱动堆栈式压电陶瓷产生沿光纤轴向的压缩脉冲,并通过符合声阻抗匹配的铝锥结构将脉冲幅值放大,高效地耦合进光纤光栅;采用CCD成像法高速采集光纤光栅在时域上的动态反射光谱,分析其时域上的光谱变化规律。结果表明:超声脉冲波长远大于光纤光栅长度时,超声脉冲导入的光纤光栅可有效搬移光谱,在脉冲作用时刻中心波长发生漂移。为超声脉冲与波分复用解调技术相结合提供参考。     

利用线性啁啾光纤光栅补偿PMD的实验研究

对利用线性啁啾光纤光栅补偿偏振模色散(PMD)进行了实验研究.利用压电陶瓷的压电效应挤压线性啁啾光纤光栅使之产生双折射,用于补偿光通信系统中的偏振模色散.通过改变施加在压电陶瓷上的电压值,可实现对偏振模色散补偿量的线性调谐.实验结果与理论预期基本符合.     

光纤光栅高温传感器的研究

提出了一种能够测量高温的光纤布拉格光栅（FBG）传感器结构。利用线膨胀系数和长度均不同的两种金属细杆和光纤布拉格光栅设计而成的传感头，能够将被测温度转化为光栅的应变，解调由应变引起的光栅波长漂移，即可得知待测的温度。目前在实验室实现了500℃的动态范围和1℃的温度分辨率，实验结果与理论分析一致。     

基于可调谐FP滤波器的光纤光栅解调系统

为了进一步提高光纤光栅解调系统的性能,提出和研究了一种新颖的基于可调谐F-P(Fabry-Perot)滤波器的光纤光栅解调技术,并以此为基础构建了探测系统。系统使用一个固定波长的参考光纤光栅作为波长参考元件,通过对传感光纤光栅与参考光纤光栅的波长测量与差值运算,消除了可调谐FP滤波器腔长漂移对测量精度的影响。给出压电陶瓷电压对应的伸长量,有效地减小了压电陶瓷非线性对测量的影响,提高了光纤光栅波长的测量精度。在测量范围内,最大非线性偏差为0.5%。     

温度影响光纤光栅传感器性能蜕化机理及实验研究

结构健康监测中,光纤布拉格光栅(FBG)传感器性能蜕化将会严重影响整个监测系统的稳定性和准确性。而高温、高压等恶劣条件,均可能导致FBG传感器性能蜕化。基于光纤光栅传感器温度传感原理,分析了温度引起光纤光栅传感器性能蜕化的机理,并通过软件仿真和相应温度循环实验,分别考察了温度对不同FBG传感器性能蜕化的影响。实验结果表明,温度对FBG传感器性能蜕化的影响与FBG传感器自身质量参数有关。对于普通FBG传感器,随着温度循环次数增加,反射光谱峰值逐渐降低;而对于刻写完成后,光纤中仍含有少量氢分子的FBG传感器,随着温度循环次数增加,反射光谱不仅峰值逐渐降低,而且中心波长逐渐发生蓝移。     

一种新型具有温度补偿功能的光纤光栅交流电流互感器

为了消除温度对实现电流测量的影响,提出了一种具有温度补偿 功能的光纤Bragg光栅(FBG)交流电流互感器。利用两个FBG和超磁致伸缩材料(GMM)组成的 传感单元分别放置在两个相邻对称的铁磁回中,并加上两个方向相反的直流偏置磁场,利用 匹配检测方法对两只FBG进行解调,实现交流的测量。测量结果表明,在温度的影响下,系 统的静态工作点几乎未发生变化,在线性区测得最大电流为93.78A , 可获得1.68%的满量程精度。这种FBG电流传感器不仅可以测量交流电 流,也可以实现直流电流的测量。     

高分辨率光纤光栅温度传感器的研究

报道了一种具有高分辨率和高效且价廉的解调系统的光纤布拉格光栅(FBG)温度传感器.提出了光纤光栅的金属槽封装技术,以提高传感光栅的温度灵敏性.研究了金属槽封装光栅的温度灵敏性,理论分析和实验结果表明,封装光栅的温度灵敏系数比普通裸光栅提高了3.6倍.系统利用一长周期光栅(LPG)作为线性滤波器,宽带光源经此长周期光栅调制后入射到传感光栅,可解调布拉格传感光栅的波长位移.理论分析与实验结果一致,系统可达到的温度分辨率为0.02℃.