光纤温度传感器的研究和应用

分析了光纤温度传感器在温度探测中的优势,综述了光纤温度传感器的发展现状和应用.分别介绍了分布式光纤温度传感器、光纤光栅温度传感器、干涉型光纤温度传感器、光纤荧光温度传感器和基于弯曲损耗的光纤温度传感器的工作原理和研究现状,详细介绍了各种传感器的特点及各自的研究方向.     

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     

光纤传感器在海洋科学领域的应用与研究进展

详细论述了光纤传感器在海洋科学领域,包括海洋的温度、压力、盐度、pH值、溶解氧浓度和浮游植物的叶绿素a的浓度等方面的应用与研究进展,对传统测量方法和光纤传感技术测量方法进行了比较。可以预见,光纤传感器对保护和监测海洋环境、开发海洋资源以及发展海洋养殖业具有重要的现实意义。     

FBG温度灵敏度及增敏技术研究进展

研究了光纤布拉格光栅（FBG）的温度传感机理及特征参数对温度灵敏度的影响.针对国内外光纤光栅温度增敏研究的几大方向,分别从光纤光栅的材料选择、写入方法、封装材料和封装工艺等方面,进一步详细分析了光纤光栅温度传感器增敏技术的发展趋势.     

光纤布喇格光栅温度传感特性的研究

对光纤布拉格光栅的温度传感特性进行了理论分析,并进行了试验验证,得到了利用通信光纤写入光纤光栅的温度传感灵敏度系数。为了提高光纤光栅的温度敏感特性,研究了管式环氧树脂封装光纤光栅的温度传感特性。研究结果表明：光纤光栅对温度非常敏感,具有很好的线性度;经过管式环氧树脂封装的光纤光栅明显地提高了温度敏感特性;用光纤光栅可以方便制作分布式温度传感器。     

低温环境下FBG温度传感特性研究

在低温环境中,光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)材料的热膨胀系数和热光系数会发生改变,从而影响其温度传感特性。文章通过实验研究了裸光纤光栅传感器和黄铜管封装的光纤光栅传感器在低温下的温度传感特性。结果表明,在80~300 K温度范围,裸FBG温度传感器的灵敏度为6.43 pm/K,线性度为0.974,在80~230 K温度范围,温度与光纤光栅的中心波长呈现非线性关系;黄铜管封装的FBG温度传感器,在整个温度范围内灵敏度可达26 pm/K,线性度为0.996,较裸FBG温度传感器均有较大提升。对比实验表明,对光纤光栅进行封装,可以提高其温度灵敏度和线性度,改善温度传感特性。     

基于FPGA的光纤光栅温度传感器高速解调系统

为了实现对光纤光栅温度传感器的高速解调,采用了一种基于现场可编程门阵列和小型光谱仪模块的光纤光栅温度传感器高速解调系统,利用放大自发辐射光源产生的近红外宽带光辐射,照射光纤光栅温度传感器,对其反射光通过高斯拟合寻峰算法确定中心波长,并由中心波长偏移量判定环境温度的解调方法,进行了理论分析和实验验证。结果表明,在30℃~60℃温度范围内,完成了解调速率达20kHz、温度灵敏度为12.49pm/℃的高速温度测量,实现了对光纤光栅温度传感器的高速解调。     

卫星镜头结构光纤光栅温度传感器研究

为了解决卫星星敏感器光学镜头结构在轨温度监测问题,提出一种弧形基底封装的光纤光栅温度传感器。分析了星敏镜头结构特征与光纤光栅温度传感原理,采用飞秒激光刻写的光纤光栅作为敏感元件,设计了可贴合于星敏镜头结构特征的弧形封装基底,完成了光纤光栅温度传感器封装,并对传感器进行了拉伸测试、温度标定及温度重复性测试,并已应用于实际工程中。结果表明:弧形封装结构形式的光纤光栅温度传感器线性度可达0.998,温度灵敏度达到8.54 pm/℃,同一温度下中心波长变化量在2 pm以内,且受弧形基底封装结构变形产生的应变影响小。卫星在轨温度监测,光纤光栅传感与电子式传感相差±3 ℃。可以实现星敏镜头结构的温度测量功能,在星敏感器结构在轨温度测温中具有应用前景。     

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。     

基于取样光纤光栅实现应变和温度的同时测量

几十年来光纤传感器一直是重大研究课题之一,光纤光栅传感器的出现给光纤传感器带来新的技术突破.交叉敏感问题是光纤光栅传感技术的关键问题.简述了光纤光栅应变-温度传感器的发展.从理论上分析了光纤光栅温度、应变同时测量的物理机制,提出一种基于取样光纤光栅来实现应变和温度同时测量的方法.     

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。     

一种基于高衰减光纤的光纤光栅热线式流量计

为了发展全光学流量测量技术,提出了一种基于掺钴高衰减光纤的光纤光栅热线式流量计。通过解调光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)中心波长进行流量测量,具体包括传感器制作、温度传感特性测定和流量测量实验。结果表明,基于衰减系数为8.9 dB/cm、工作波长约为1480 nm的掺钴光纤的FBG具有10.3 pm/℃的温度灵敏度;流量计在400~3700 L/h液体流量范围内可高重复性地实现测量;流量－FBG中心波长遵循特定非线性函数计算模型;流量计的平均灵敏度约为 0.15 pm/(L·h^-1),低流速下灵敏度最高可达到1 pm/(L·h^-1)。所提出的流量计丰富了光纤光栅用于液体流量测量的研究。设计中采用了掺钴高衰减光纤自发热和单端毛细管封装,为流量传感器的全光学化、微型化和高灵敏度发展提供了新思路。     

光纤光栅振动传感器结构设计研究

传感技术是衡量一个国家信息化程度的重要标志。振动信号的检测在工业尤其在石油勘探方面有着重要作用。其中,基于光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)的振动传感器具有诸多优点而备受关注。简单介绍了FBG振动传感器的原理,并根据结构类型对近几年研发出的FBG振动传感器进行了分类和总结。阐述了四种FBG振动传感器的优缺点,并重点对悬臂梁式和柔性铰链式结构的FBG振动传感器进行了总结。接着从三个方向对现有的FBG振动传感器进行了分析并提出了优化建议。最后对FBG振动传感器的发展做出了预测与展望。     

A fiber Bragg grating current sensor with temperature compensation

A novel fiber Bragg grating （FBG） current sensor with temperature compensation has been proposed. The fiber Bragg grating is glued on the surface of an isosceles triangle cantilever beam, which has a step thickness along the beam axis. Due to the electromagnetic force created by a solenoid and a permanent magnet mounted on the top of the beam, a step strain is applied on the fiber Bragg grating. The change of the electric current in the solenoid makes the spectrum of the fiber Bragg grating split. By monitoring the shift difference of the two split center wavelengths, which is related to the electric current in the solenoid, a current sensor with temperature compensation is obtained. The test range of 0-400 mA is achieved. The experimental results also show that the relationship between the shift difference of the two split center wavelengths of the FBG and the electric current has a linearity of 0.9937, and the sensitivity is about 2.64 nm/A; the test results are independent of the temoerature, so the cross sensitive problem is solved.     

光纤光栅在船舶结构状态监测中的应用

大型船舶航行于复杂的海洋环境中,受到风浪、海流、撞击等各种载荷的影响,因此船体必须具有足够的强度。光纤光栅传感器体积小,灵敏度高,抗电磁干扰、耐腐蚀能力强,能有效测量船体各部位的受力变形,为船舶在运行过程中提供监测和评估。本文设计制作了适合船用封装的光纤光栅(FBG)传感器,并对其进行了温度和应变传感特性测试。最后分析了光纤光栅船舶状态监测系统的组成及实施方案,对进一步深入研究具有指导作用。     

基于啁啾光纤布拉格光栅的流速传感器

设计了一种基于啁啾光纤布拉格光栅(CFBG)的新型 流速传感器,包括CFBG压强传 感机构和文丘里管。压强传感机构中,密闭铝箔管横截面两边的压力差导致矩形悬臂梁变 形,从而引起粘贴在悬臂梁侧边的CFBG的反射光谱带宽发生变化。通过 检测其带宽,得到被测流体的速度。实验表明,CFBG反射光谱带宽对温度不敏 感,流速传感器的动态测量范围为8~100mm/s,设计方案是切实可行 的。     

裸光纤Bragg光栅的温度传感特性研究

从理论上分析了光纤Bragg光栅的温度传感原理,并通过实验对裸光纤Bragg光栅的常温温度特性进行了测试。实验结果与理论分析基本一致,证明裸光纤Bragg光栅在常温下的中心波长与温度变化呈良好的线性关系,为其用作温度传感器提供了理论和实验依据。最后,指出了光纤Bragg光栅温度传感器在实际工程化应用中所需要解决的问题。     

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。     

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。