光纤光栅传感技术在隧道火灾监控中的应用

分析了国内现有的隧道火灾监控系统现状,介绍了光纤光栅传感技术的原理,阐述了这一新技术在工程应用中的优点,并提出了基于光纤光栅感温探测器的隧道火灾报警监测系统,并结合工程实例介绍了该系统在隧道火灾监控中的应用。     

基于轴向应变误差修正的FBG形状重构算法

针对轴向应变误差影响光纤布拉格光栅(FBG)形状传感器的重构精度问题,提出了一种基于轴向应变误差修正的形状重构算法。纤芯位置偏差是造成轴向应变误差的主要因素,为了获取光纤形状传感器的纤芯位置偏差,提出了三芯光纤形状传感器的误差理论模型。通过ANSYS Workbench对误差理论模型进行有限元建模仿真,将纤芯位置偏差和标定偏差代入误差理论模型,对存在位置偏差的纤芯轴向应变数据进行修正,并与理想纤芯位置处的轴向应变数据进行对比,证明了该理论模型对存在误差的轴向应变数据具有良好的修正效果。为了计算每个检测点的纤芯位置偏差,根据提出的误差理论模型,提出了一种基于二分法逐次逼近的FBG形状传感器纤芯位置偏差计算方法。仿真结果表明,纤芯位置偏差修正前后重构曲线的最大位置误差从1.74 mm减小到0.10 mm。对于自封装的FBG形状传感器,使用纤芯位置偏差修正前后,重构空间曲线的最大位置误差从19.81 mm减小到7.66 mm。     

公路隧道光纤温度监测系统数据处理方法

光纤温度监测系统能够对公路隧道中的温度异常变化及时预警。系统探测数据存在不规律缓变趋势,需要补偿和校正基底漂移影响。经过测试分析,光滑样条拟合和分段线性拟合均具有良好的修正效果。先对全段温度探测数据进行光滑样条拟合,基于此结果自动判断分段节点,再对原始数据做分段线性拟合。系统存储分段线性拟合的参数,用于自动计算各个探测点的温度修正值,使数据预处理方式具有更好的工程适用性。     

视场超出目标的红外测温误差修正方法研究

为解决红外测温系统超出有效测温距离导致的测温精度下降问题,从红外热辐射理论出发,提出了一种视场超出目标辐射表面积的红外测温系统误差修正方法。通过计算全视场范围内的辐射照度,获得了对应的红外测温系统电压响应值。依据电压响应值与温度之间的关系,并充分考虑物体表面形貌特征,去除全视场范围内背景温度的影响,得到目标体的表面真实温度值。相对于以往的修正方法,该方法能很好地修正有效测温距离外的物体表面温度,结果与被测物体实际温度更为相近。因此,该方法极大地增强了红外测温系统的工业现场适用性。     

轨廓测量系统激光不共面误差修正方法

在线结构光钢轨轮廓全断面测量系统中,钢轨两侧激光不共面引起轮廓测量误差。针对该问题,提出了基于投影变换的激光不共面误差修正模型。沿钢轨纵向建立参考坐标系,并将两侧半断面轮廓测量数据投影到与钢轨纵向垂直的辅助平面上,以投影轮廓作为轮廓测量结果,从而修正由激光不共面安装导致的钢轨轮廓测量误差。对比实验表明,该方法可将激光不共面误差修正到0.1mm以下。所提方法不需要钢轨两侧激光精确共面,只需大致对齐即可,既保证了轮廓测量精度,又显著降低了现场安装要求。     

隧道火灾检测用光纤光栅温度传感器的封装结构

正1封装结构的性能要求用于隧道火灾检测的光纤光栅温度传感器首先要能对火灾快速响应,但普通封装结构会导致光纤光栅温度传感器的灵敏度较低,影响传感器快速响应隧道中温度变化,因此必须重新设计适合隧道火灾检测用光纤光栅温度传感器的封装结构。隧道环境比较恶劣,光纤光栅温度传感器会受到各种拉力、剪切力等作用,这对于纤细(外径约为125μm)和脆性(主要成分是SiO2)的光纤光栅是难以承受的,因     

基于单一倾斜光纤光栅的温度应变同时测量

利用光纤光栅分析软件OptiGrating对倾斜光纤光 栅温度与应变传感进行系统的理论仿真,研究发 现,温度、应变的变化都可以引起倾斜光纤光栅的纤芯模和包层模谐振峰的漂移,而且温度 和应变对纤芯 模与包层模的影响是各不相同的。利用倾斜光纤光栅这一特性,提出了一种基于单一倾斜光 纤光栅的温度 与应变同时测量的传感系统,并通过实验进行了验证。在实验中,光电探测器可以将倾斜光纤 光栅的波长的 漂移转换成电压的变化,由此得到了倾斜光纤光栅只受温度变化时,随着温度的变化,示波 器测到其纤芯 模与包层模的电压(峰—峰值)的变化呈线性变化,其斜率分别为0.063mV/℃和0.001mV/ ℃;其只受 应变变化时,随着应变的变化,示波器测到其纤芯模与包层模的电压(峰—峰值)的变化也 呈线性变化, 其斜率分别为0.009mV/με, 0.001mV/με。研究结果将对倾斜光纤光栅的传感应用具 有一定的指导意义。     

光纤Bragg光栅液氦环境下温度传感特性的研究

进行了液氦温度(4.2 K)到室温(298 K)温区内光纤Bragg光栅(FBG)温度传感性能的实验研究.重点分析了液氦温度(4.2 K)到液氮温度(77 K)FBG的温度传感特性.实验表明:FBG传感特性与温度相关.在50 K以下,温度响应基本没有变化;50 K-77 K,波长偏移量随温度上升变化不规律;150 K-298 K传感特性近似成线性.对比裸光栅与涂敷光栅,涂敷光栅的温度灵敏度远大于裸光栅的温度灵敏度.选用外加热膨胀系数大的聚合物封装,可以显著提高FBG的温敏系数和线性度.     

非球面拼接测量中偏置误差修正模型

为解决非球面拼接测量时两子孔径重叠区精确拟合问题,根据波像差理论推导了子孔径干涉测量二次曲面偏置误差与运动自由度之间的函数关系,通过分析得出了偏置误差的作用表现形式与Seidle像差相一致的结论,据此建立了定位机构偏置误差修正模型,提出了一种精确拼接测量二次曲面的像差修正方法,该方法利用最小二乘拟合获得拼接系数,可得到孔径间偏置误差估计值,并可在模型中修正高阶系统像差,提高孔径间重叠区拟合精确度.实验表明,该方法拼接精度高于传统校准三方向调整误差拼接法.     

地铁隧道火灾纵向通风临界风速的确定

以西安地铁2号线南门到钟楼的隧道某区段为研究对象,运用理论计算和采用FDS软件进行火灾模拟仿真,找出了火源热释放率与纵向通风临界风速的关系,从而可以根据火源热释放率快速计算出临界风速,达到快速救援的目的。     

光栅角编码器偏心误差修正方法研究

为了减小光栅角编码器偏心误差的影响,提高光栅角编码器角度测量的精度,对偏心误差的修正方法进行了研究。通过对光栅角编码器测角原理和偏心误差产生原因的分析,建立了偏心误差模型。并根据偏心误差模型的特点,对其进行简化,得到易于数学计算的偏心误差修正模型。以平行光管和23面棱体为基准,得到存在偏心误差的一组光栅角编码器测量数据。使用线性最小二乘参数选择准则,对偏心误差修正模型中的参数进行优化计算,得到修正模型中的参数,完成对光栅角编码器误差偏心的修正。通过误差修正试验和精度验证试验,表明经过偏心误差修正,系统测量精度优于±13″。修正方法达到了补偿误差的目的,提高了光栅角编码器的测量精度,满足了高精度角度测量的要求。     

火箭炮地面风测量与修正系统的研究与设计

给出了火箭炮地面风测量与修正系统的设计方法,该设计方法采用MSP430系列单片机作为系统主芯片,同时采用XW3200作为风向传感器,从而使系统提高了测量精度,简化了测量过程,方便了系统在野战条件下的使用.     

光纤光栅温度传感器增敏封装特性研究

通过利用聚酰亚胺涂覆裸光纤光栅的方法研制了一种增敏型光纤光栅温度传感器,其反射波长的温度敏感系数由曾敏前的10pm/℃提升至40pm/℃。在-40~200℃测试环境中,开展了传感器标定和温度精度测量试验。试验结果表明:利用光纤光栅增敏封装,在高低温环境中采用低精度光纤光栅解调仪,传感器的测温精度由±0.4℃提升至±0.1℃。上述结果显示,采用增敏封装结构能够提升光纤光栅温度传感器的测量精度,减低制作成本。     

基于光纤温度传感的高速公路隧道机电设备监测

将光纤温度传感技术应用于高速公路隧道内机电设备的温度状态监测,具有安全实时的技术优势。为了优化温度监测系统的运行效果,对高速公路隧道内的温度场特点进行分析,据此设计信号分析和异常事件识别判断方法。经过多次现场模拟异常升温测试和长期的运行核实检验效果表明：光纤温度传感系统能够对高速公路隧道内机电设备的异常升温和突发火灾等情况进行及时有效地监测和定位,报警正确率高,误报率低,能够有效地监测高速公路隧道内机电设备的消防安全状态。     

椭偏仪数据处理及误差修正

提出了一套对椭偏仪的测量误差进行有效修正的方案,设计了一个Windows版的椭偏仪测厚数据处理软件,并在该软件中嵌入了对测量数据的误差进行修正的方法,使椭偏仪的最终测量结果更加精确。制作了30片厚度梯度分布的标准样片（厚度20nm～1μm）,用于从“软”、“硬”件两个方面对椭偏仪进行误差修正,使最终的误差小于1％。本文所提出的修正方案具有一定的普适性、实用性。     

空间桁架横梁分布式光纤变形监测与误差修正

空间桁架结构是一种具有低频、密模、非线性等复杂动力学特征的大型挠性空间结构,针对此类结构服役状态的智能辨识对于目前开展高轨深空探测研究具有重要意义。为此,该文提出了一种基于分布式光纤光栅传感技术的空间桁架横梁结构变形监测与反演方法。借助ANASYS有限元分析法,数值模拟得到横梁结构在不同载荷作用下的应变、位移分布特征,研究了基于位移算法的桁架横梁结构变形反演算法,计算得到空间桁架结构不同位置的挠度信息。在此基础上,构建了单边固支桁架横梁分布式光纤变形监测与反演系统,平均相对误差约为2.4%。最后,提出了一种用于横梁结构变形反演精度提升的误差分离修正方法,修正后平均相对误差下降了41.7%。研究结果表明,该文所提方法具有精度高,实时性好等优点,能为及时准确获取空间桁架结构展开形态,实现桁架形态自适应调节与主动控制提供有力保障。     

超弱反射光栅准分布式光纤传感系统研究

采用波长可调谐光源与光时域反射技术(OTDR)结合的方案,通过对光脉冲调制技术和光电转换电路的优化,实现了一种对超弱全同反射光纤光栅的准分布式解调系统。实验中,20个中心波长相近的超弱反射光栅间隔2m放置于约5.8km长的光纤尾端,该解调系统成功实现了对这些反射率仅为0.01%的超弱反射光栅高信噪比的解调与定位,并且测得的光纤布拉格光栅(FBG)中心波长随温度变化的线性度达到99.7%以上。     

基于网络的武器系统动态测量时滞误差的分析与修正

以基于网络的武器系统动态测量为研究背景,对网络化动态测量系统进行建模和误差分析.提出了动态测量时滞误差(TDE)的概念,讨论了TDE对动态测量误差处理结果的影响.根据武器系统动态测量的具体应用,着重介绍了一种基于时戳的在线时滞估计方法,解决了武器系统动态测量过程中网络时滞误差的问题.     

光学雷达大气折射误差修正方法研究

光学雷达是靶场试验外弹道测量系统中的主要设备之一.由于大气对光波传播引起的折射效应,使得光学雷达测量中产生折射误差.针对靶场常用的光学雷达系统,根据光波射线在大气中的运行轨迹,利用逐次逼近法得到了实用的光学雷达大气折射误差修正方法.通过对某靶场的实际测量数据检验,证实了该方法的适用性和有效性.目前,该方法已成功地应用于试验靶场,满足了靶场试验的精度要求.