光纤光栅动态称重技术的研究

在实验室内搭建了一套光纤动态称重系统,该系统是基于普通单模光纤光栅传感技术。在实验小车经过支撑称重台面的金属弹性体时,将引起弹性体形变,采用光纤光栅传感器监测这一形变。通过分析光纤光栅解调仪采集到的光纤光栅传感信号,反演出实验小车的质量。实验结果表明系统精度优于±3%。该系统采用实时校准光纤光栅传感器基准传感波长方法,消除了环境温度对测量结果的影响,具有自温度补偿功能。     

分布式光纤光栅传感网络的复用解调技术

波长编码信号解调是实现光纤光栅多参量、多点分布式传感网络的核心技术之一。本文总结了光纤光栅传感信号解调的一般原理和技术难点，分类评述了常用解调方法的工作机理、特点和性能。同时，提出了一种新型的、用宽带光源和可调谐光滤波器(TOF)构成的可调谐窄带光源，对测量光栅阵列和参考光栅进行波长扫描，借助光电探测器和信号处理系统实现复用传感系统的解调技术。     

分布式光纤光栅传感网络的复用解调技术

波长编码信号解调是实现光纤光栅多参量、多点分布式传感网络的核心技术之一。本文总结了光纤光栅传感信号解调的一般原理和技术难点,分类评述了常用解调方法的工作机理、特点和性能。同时,提出了一种新型的、用宽带光源和可调谐光滤波器(TOF)构成的可调谐窄带光源,对测量光栅阵列和参考光栅进行波长扫描,借助光电探测器和信号处理系统实现复用传感系统的解调技术。     

基于自外差探测的多光纤光栅远程传感系统

提出并实验证明了一种基于自外差探测和波长扫描技术的光纤布拉格光栅远距离传感系统。该系统将远程光纤光栅阵列的反射信号光与本地参考光进行差频探测,并通过声光调制器对探测光的频移及脉冲进行调制,有效地提高了系统的探测灵敏度和传感距离。在没有放大的情况下,在171km的探测距离处,光纤光栅传感器的反射布拉格波长信号的信噪比达到33dB。该系统可以准确地绘制出远端光纤光栅阵列的反射谱,实验结果显示两个光纤光栅的布拉格波长与温度均成良好的线性关系,且传感灵敏度为11pm/℃。     

光纤光栅传感网络在油气出地管内腐蚀监测的应用研究

油气管线内部腐蚀是导致管线失效的主要因素。针对这一问题,采用复用技术设计了一种基于光纤布拉格光栅的管线内腐蚀监测系统。该系统通过出地管线外表面的应力变化来确定内表面的腐蚀程度,利用7路光纤光栅传感器组成阵列式传感网络,通过温度补偿光栅实现温度补偿。实验表明,该系统测压精度较高,系统误差小于2.23%。用现场实际压力数据验证了系统的可行性与稳定性,该系统完全满足油气管线内部缺陷在线监测的要求。     

采用掩模板制作的光纤布喇格光栅传感器

光纤布喇格光栅(FBG)是国际上光纤传感技术研究的前沿热点。在恶劣环境下对复杂结构进行变形和健康监测，具有波长编码等明显的其他传感器所没有的特点。将由光纤光栅组成的阵列埋入结构材料内部，可用来监测桥梁、大坝、重要建筑物以及船体、航天器内部的温度、应变、压力及材料结构状态的变化。该文介绍了采用掩模板制作光纤光栅传感器的原理和方法，分析了采用相位掩模法制作的分布式光纤布喇格光栅传感器的灵敏度等测量性能和噪声的随机过程特性，从而为其在船舶结构变形测量技术中的应用提供了科学依据。     

基于TFBG边缘滤波的FBG温度传感器

为了提高系统的温度灵敏度,设计了一种基于倾斜光纤光栅(TFBG)边缘滤波的光纤布喇格光栅(FBG)温度传感器。该系统在常规的TFBG边缘滤波解调系统上引入一个光纤环形镜,将从TFBG透射的光信号反射回来,使其能再次通过TFBG,以增加TFBG透射谱的深度,并对传感光栅进行封装。实验结果表明：封装前和封装后的传感光栅在所测量的温度区间内中心波长的漂移量分别为0.55 nm和7 nm,封装后的漂移量扩大了十多倍;同时,由于TFBG边缘滤波解调传递函数的斜率得到提高,传感器波长解调后的温度灵敏度也得到了改善,是未级联光纤环形镜传感器的1.6～2.4倍。     

基于光纤阵列的气流传感方法研究

提出了一种基于光纤光栅阵列的光纤气流传感器。单模光纤光栅的栅区长度为10 mm,将三根光纤光栅均匀环绕布设于硅胶基体。传感器外界环境温度以及气流流速的改变都会引起传感器反射谱的变化。通过监测反射谱可以实现对外界物理量的测量。实验分析可知,硅胶基体与光纤光栅有着很好的耦合效果,通过改变硅胶基体的长度使得传感器的传感特性得到有效改善。实验研究结果表明,在正常室温情况下,传感器的中心波长漂移量与流速成二次函数关系且传感器具有方向传感特性。本文提出的光纤阵列气流传感器结构紧凑、制作工艺简单、可靠性高。     

光纤光栅钎焊嵌入金属梁及传感性能研究

为了实现金属结构内部温度和应力实时监测,以SnAg共晶合金为钎料将光纤光栅钎焊嵌入了钢质简支梁。分析了嵌入金属梁的光纤光栅温度、压力传感特性;试验监测了简支梁温度、压力与光纤光栅中心波长变化。结果表明,嵌入的光纤光栅中心波长和温度变化与梁所受压力大小都成线性关系,温度传感灵敏度比裸光栅提高了约一倍。     

基于可调F-P滤波器的光纤光栅传感器阵列查询技术

利用可调 F- P滤波器对四个光纤光栅组成的传感器阵列进行波长扫描 ,借助示波器和探测器对滤波光束的时序分布进行观察 ,实现地址查询。比较波长漂移前后传感阵列的反射谱 ,可用于解调 ,实验结果与预期值基本一致。选用反射率相差悬殊的光栅作传感元 ,有利于增加测量范围     

光纤传感空分复用下多点温度与应力的监测显示

多参量多点实时监测显示是传感研究领域的一项重要技术。以光纤Fabry-Perot（F-P）腔与光纤Bragg光栅（FBG）传感器的串联复用结构为单元构建空分复用（SDM）系统,设计了温度、应力多点实时显示的方案。由FPGA构建的SOPC与NiosII完成对多监测点的数据采集,由VB串口通信接收FPGA存储器存储的采集数据,再把此数据由高斯曲线拟合方程处理得到温度和应力的参数值,最后用VB实现监测显示。结果表明F-P腔与FBG串联能有效克服温度与应力的交叉敏感,FPGA结合VB能很方便的实现多参量多点的实时监测显示。     

一种分布式光纤光栅电缆温度传感器

提出了一种新型分布式光纤光栅温度监测系统,可以实现电缆温度的实时在线监测。基于热传导方程和边界条件的基础上,采用有限元法对电缆温度场进行了分析,为监测电缆温度提供了理论依据。光纤光栅本身不带电,抗辐射和电磁干扰能力强,耐高压和腐蚀,非常适合用做高压电力环境中的温度传感器。通过光纤光栅的温度特性实验,在20~100℃的温度范围内,光纤光栅的中心波长随温度变化呈良好的线性,线性度达到99.8%。通过对标准的热电偶温度传感器与光纤光栅温度传感器的对比实验,表明该系统测量时间-温度变化曲线跟随性好,温度差均小于1℃,符合电力电缆温度状态在线监测的使用要求。     

基于PI湿敏薄膜的分布式光纤Bragg光栅湿度传感器

研究了基于聚酰亚胺（PI）湿敏薄膜的分布式光纤Bragg光栅（FBG）湿度传感器。传感器利用PI薄膜湿膨胀效应,将湿应变作用于Bragg栅区,从而改变光纤FBG湿度传感器中心波长的原理,实现了对26-98％RH范围内环境相对湿度的监测。通过改进PI湿敏薄膜的制备及涂覆工艺,有效提高了FBG湿度传感器性能,并采取了相应温...     

FBG传感器关于裂缝及损伤的监测应用研究

为了满足结构健康监测的需求,采用试验方法研究了准分布式光纤布喇格光栅（FBG）传感器在裂缝监测和损伤定位中的应用。以钢筋混凝土简支梁和工字型钢梁为试验对象,对梁关键部位划分单元进行多点监测,取得了其应变变化的数据,并进行了分析以实现裂缝监测和损伤定位。结果表明,准分布式FBG传感器能够较为准确地对裂缝的发生及所测区域的损伤情况实现定位。     

面向井下环境参量的光纤传感物联网系统

为了能够大范围准确获取井下环境参量并有效抑制噪声, 研究了基于新型光纤光栅(FBG)封装的光纤传感物联网系统。设计了一种可同时测试应变与温度的传感模块, 试制了新型FBG封装结构, 搭建了符合巷道结构的光纤应力监测分布网络。采用基于互相关差分计算的方法实现了对振动噪声的消除, 并对井下巷道的应力和温度进行了连续监测。结果表明, 拱段45°与60°的FBG可以准确记录应力、温度变化数据。该系统在大范围井下环境参量监测中具有更高的稳定性、更好的适应性。     

光纤光栅传感器阵列在空间温度场测量中的应用

提出了一种基于光纤光栅(FBG)的温度传感测量系统,其可应用于空间温度场的分析与研究。该系统主要由FBG阵列、光纤解调仪和上位机组成,可以在复杂的环境下进行实时多点测温,实现对环境中的温度场进行监控与温度记录。经实验验证,该测量系统准确的实现了对空间中各点温度的实时测量。该系统具有空间分辨率高,响应速度快,抗电磁辐射等特点,为空间温度场研究及特殊工况下的温度场监测提供了有力手段。     

面向电机测温的嵌套结构管式光纤光栅传感器

针对电机内部实时测温的需求,设计了一种嵌套结构的管式光纤光栅传感器.该传感器使用陶瓷基片作为内层结构,以304不锈钢管作为保护外层,采用飞秒激光刻写的纯石英光纤光栅作为测温敏感元件.搭建了恒温油浴光纤传感测试系统,采用循环升降温的方法对其进行了温度特性研究,结果表明该传感器测温性能良好,升降温实验的线性相关系数均为0.999 9,在长期的循环实验中波长重复性为士2 pm,迟滞误差小于5 pm,有较高的可靠性,可用于电机内部的温度监测.     

健康监测系统中光纤传感器网络优化布置研究

针对健康监测系统中不合理的传感器布置将影响传感器数据采集的有效性,降低监测系统的精度,以基于光纤Bragg光栅(FBG)传感器网络的结构健康监测系统为研究对象,采用逐步积累法,对系统中传感器网络的优化排布方法进行了研究。首先采用Ansys力学仿真软件建立了试验件的有限元模型并进行了加载试验,然后采用仿真获得的数据对传感器排布位置进行了优化,最后按照仿真研究获得的传感器优化位置在试验件上进行了试验研究。结果表明,试验同仿真结果具有很好的一致性,相对于原始传感器网络的排布方案,在相同的系统监测精度下,优化后的传感器排布方案可以采用更少的传感器;如果采用相同数量的传感器,优化后的传感器排布方案可以获得更高的监测精度。     

低碳钢薄板TIG焊热影响区温度光纤光栅测量

为了对焊接热影响区温度和应变的实时测量及控制,以光纤光栅作为传感器对低碳钢薄板的TIG焊热影响区进行了温度场网络测量.采用金属化保护的方法对裸光栅进行了保护和温度增敏;测量并标定了金属化光纤光栅的温度特性;采用光纤光栅和传统的热电偶进行了单点测温,并进行了对比分析;对经历了焊接热影响区高温的光纤光栅进行了温度特性分析.进行了多点温度的网络测量;分析了光纤光栅测量焊接温度和变形存在的问题;提出并设计了一种基于光纤Bragg光栅的焊接应变、温度同时测量的方法和多点测量系统.     

一种架空输电线覆冰厚度的传感监测方案和实验验证

提出了一种基于光纤光栅应变传感器的输电线路覆冰监测方案,并进行了仿真分析和实验验证.方案利用一段与架空输电线相同的测试导线作为覆冰载体,测试导线覆冰重力牵引光纤光栅应变传感器应变,通过监测光纤光栅传感器的应变量,同时综合实时气候条件等多种因素,计算出测试导线的覆冰厚度,估算架空输电线的覆冰厚度.仿真分析及实验测试结果表...