多点光纤光栅测温系统在渗流监测中的应用研究

为了监测土石坝内的渗流水的情况,提出一种多点光纤Bragg 光栅传感器(FBG)的结构,采用InGaAs光电探测器阵列探测光强的光纤光栅传感阵列的波长解调方法。根据室内实验结果,对多点光纤光栅传感系统的可行性和监测数据的可靠性进行分析, 给出用于坝体温度场监测的光纤光栅传感器波长温度响应灵敏度可达到0.0091nm/℃。工程中采用电热脉冲方式对传感器附近小范围的土壤进行加热,使其与水的温度形成一定的温差,实测结果表明可以利用光纤光栅传感器监测温度异常的方法判断是否发生渗流, 从而实现对坝体内集中渗漏点的定位和自动监测。在系统防雷击、抗干扰性方面, 采用光纤光栅传感监测系统与传统仪器相比具有明显优势。     

基于物联网技术的油气管道安全监测可视化管理系统

针对长距离油气管道安全监测与管理范围大、距离远而不易实时监测、准确定位等问题,提出了基于传感器、通信、计算机等物联网技术设计的油气管道安全监测系统方案,有效利用现代技术对长距离油气传输管线进行监测管理.简述了系统架构、主要组成和基本原理.系统中的安全监测传感器模块由压力传感器与短程通信模块综合集成;辅助与应急监测包括车载查验系统和微型无人机查验系统,形成管道故障立体监测体系;系统管道泄漏远距离定位采用光纤应变分布法既提高了定位精度又兼顾了通信.该方案部分已在多个工程领域成功应用,满足现场监测管理要求,系统应用前景广阔.     

水下管道泄漏检测技术及定位方法研究

为了实时进行水下管道泄漏监测和定位,采用干涉的方法,研制了一种基于Sagnac干涉仪的直线型分布式光纤管道泄漏监测系统。分析了该干涉仪应用于泄漏检测的原理及其泄漏源定位方法,并通过实验研究了管道压力对检测系统的影响。当管道压力大于0.35MPa时,系统的检测效果较佳,且定位误差小于1.17%;压力小于0.35MPa时,无法实现泄漏点定位。结果表明,当管道压力大于0.35MPa时,研制的水下管道泄漏检测系统能有效检测管道泄漏发生,且较准确地确定泄漏源位置。     

基于分布式光纤测温的水管泄漏检测与定位

利用基于拉曼散射和光时域反射技术相结合的分布式光纤测温系统,对自来水管道进行泄漏检测和定位实验研究。分析了系统的温度分辨率和水管道泄漏时泄漏点处的温差情况。选取长200 m和700 m的传感光纤对水管道进行泄漏定位实验,并对检测信号进行小波变换分析处理,最后统计对比了检测系统的漏警率。实验结果表明,该系统运行稳定且能够准确识别管道泄漏情况并进行泄漏定位,定位误差≤1 m。     

基于分布式光纤传感的合成气管道温度在线监测研究北大核心CSCD

针对现有煤气化工艺中合成气管道温度监测问题,研究基于拉曼散射的分布式光纤测温系统,研制了带不锈钢套管的耐高温传感光纤,模拟合成气管道周围温度分布,在合成气管道现场铺设434.6 m的分布式耐高温光纤进行实验研究。实验结果表明:基于拉曼散射的分布式光纤测温系统测温范围为0~350℃,测温误差为±2℃,空间分辨率0.5 m,系统能够完成对煤气化合成气管道温度的在线监测,同时可以对温度异常点进行空间定位。     

用于义齿压力分布式测量的光纤MEMS压力传感器

根据Fabry-Prot(F-P)腔的干涉原理,采用微机电系统(MEMS)工艺,研制出一种用于义齿压力检测的F-P腔光纤微型压力传感器。传感器膜片厚为6μm,膜片边长为100μm。在与义齿基托相同材料的树脂底基上,挖边长为1.2mm、深度为0.8mm平整的方形小坑,将传感器分布式埋植入底基,并用自制的施加压力的装置对传感器加压测试。用双波长方法解调干涉信号,用阵列波导光栅(AWG)复用传感器,从而实现对口腔义齿下方组织压力的分布式测量。测量结果表明,当义齿加载0～0.6MPa压力时,系统的相对反射率比值/压力可达0.020 1/MPa,测量结果具有良好的线性度,测量系统的复用能力强,且复用传感器之间没有串扰,适用于义齿对口腔下方组织压力的分布式测量。     

真空微电子压力传感器阵列数据采集研究

阐述了真空微电子压力传感器阵列的工作原理和工作波形。设计了一种供真空微电子压力传感器阵列器件使用的 12位A/D数据采集系统。系统采用微机为主控单元 ,地址发生和时序控制部分采用可编程逻辑器件 (CPLD)实现 ,提高了设计的灵活性 ,简化了电路板设计。利用该采集系统对压力传感器阵列进行了数据采集 ,最后给出了实验结果     

水下天然气管道分布式光纤泄漏检测系统实验分析

介绍了一种基于马赫-曾德尔(M-Z)和萨格纳克(Sagnac)混合干涉仪原理的分布式光纤泄漏检测系统,阐述了系统的工作原理及对泄漏点的定位方法。分别在空气和水下环境中进行实验,并分别在泄漏点距离法拉第旋转镜4025、7043、9050 m处进行实验,检测不同环境以及不同泄漏点位置对检测系统的影响。在泄漏点距离法拉第旋转镜为7043 m处重复做了20次实验,测试检测系统的精确度。实验结果表明:在水下环境中实验所得的干涉信号频谱强度较大,频带较宽;泄漏点距法拉第旋转镜越远,实验结果所得的绝对误差越大;系统能够检测出管道内气体压力为0.5 MPa,泄漏孔径为2.5 mm的微小泄漏信号并对泄漏点定位,平均相对定位误差为1.44%。     

真空微电子压力传感器阵列数据采集研究

阐述了真空微电子压力传感器阵列的工作原理和工作波形.设计了一种供真空微电子压力传感器阵列器件使用的12位A/D数据采集系统.系统采用微机为主控单元,地址发生和时序控制部分采用可编程逻辑器件(CPLD)实现,提高了设计的灵活性,简化了电路板设计.利用该采集系统对压力传感器阵列进行了数据采集,最后给出了实验结果.     

用于检测复合材料结构状态的智能光电系统

设计了一种能够实时在线检测复合材料内部结构状态的智能光电系统,详细介绍了微弱光电流信号调理电路的设计.该系统以光纤作为传感器、CD4051为多路模拟开关、AD0801实现A/D转换、89C51单片机为微处理器.PC机与单片机通信,完成数据处理并实现故障点的定位.     

光纤负压波管道泄漏监测系统

管道泄漏引发的负压波信号及其沿管道衰减程度与管道工况、长度及泄漏孔直径等因素有关。针对传统负压波监测方法定位精度低、可靠性差等问题,提出了一种光纤负压波管道泄漏监测方法。由泄漏负压波在管道中传播规律,通过提高传感器布设密度,降低信号衰减强度,得到了更清晰的负压波下降沿拐点信息。根据泄漏点所在传感器区间不同,提出了自适应负压波波速数值计算方法。在实验室分别对光纤与传统负压波泄漏监测方法进行对比分析,实验结果显示,在泄漏量为管道总运输量5%的工况下,光纤监测法泄漏定位误差小于1.6%,较传统的监测方法能获得更高的管道泄漏监测灵敏度及定位精度,具有更加广阔的应用前景。     

Universal fiber-optic point sensor system for quasi-static absolutemeasurements of multiparameters exploiting low coherence interrogation

A universal fiber-optic high-resolution point sensor system, based upon signal recovery by dual-wavelength low coherence interferometry, has been developed and demonstrated for quasistatic absolute measurements of multiparameters. This system is capable of multiplexing up to 32 fiber-optic point sensors which can be fiber optic interferometers or fiber Bragg gratings or any combination of the two. The topology of this system is based on a spatially multiplexed scheme with low coherence signal recovery that we have reported previously. A range of multiparameter point sensors, including a medium pressure sensor, a high pressure sensor, a miniature temperature sensor, a displacement sensor, and a fiber Bragg grating strain sensor with drift-compensation, have been developed and incorporated into this network and demonstrated A range to resolution of better than 10⁴ :1 and 2×10³:1 has been achieved for the interferometric sensors and the Bragg grating strain sensor, respectively. The interchangeability of the sensors has also been demonstrated, allowing the sensors to be replaced in the event of damage. Due to the universality of the signal interrogation, the instrument can be compatible with any interferometric point sensor which has a similar optical path difference with the transmitting interferometer or any fiber grating sensor whose normal wavelength is within the spectral range of the light source. In addition, as the total sensor number which can be multiplexed is quite large, the average cost for each sensor is reduced considerably. Therefore, this system allows optical fiber sensors to compete with conventional sensors with the additional benefits of fiber-optic sensors     

利用通信光缆预警系统在管道安全防范中发挥作用

跟随信息时代的发展步伐,通信光缆的使用范围进一步扩大.文章研究了在长输管道同沟敷设光缆的方式下进行通信数据传输,其中主要选取了光缆中的3芯单模光纤,并且采用分布式的光纤微振动传感器进行信号的振动,通过在管道中对振动信号的沿线布置传感器来增强管道内部以及其周围的预警和定位作用,具体分析了预警系统的工作原理,将其应用在实际的工程中,加强管道安全防范.     

应用在油气管线的光纤光栅温度压力传感系统

为了提高光纤光栅的温度和压力灵敏度系数以满足实用化对灵敏度精度的要求,对光纤光栅进行封装设计。得到封装后的光纤光栅温度和压力灵敏度系数分别为0.052nm/℃和0.8208nm/MPa,分别为裸光栅的5倍和273倍,且传感器的温度和压力响应与光栅反射波长成良好的线性关系。通过半个月的油气管线现场实验,测得光纤光栅温度压力传感器与油气管线的电类传感器的测量值符合得特别好,该温度和压力传感系统满足了温度和压力的实时测量。     

白光干涉分布式光纤压力传感器实验研究

基于偏振模耦合原理的分布式光纤压力传感器具有高的空间分辨力.叙述了这种分布式光纤压力传感器的工作原理、测量系统及其实验结果.实验结果表明,互相干光强信号与光纤所受压力成线性正比关系;多点受力时,测量点与其他受力点之间的距离和压力大小（测量点除外）都会对测量点的精度和线性度产生影响,但其影响很弱,不足以对测量点的压力测量结果产生明显影响.     

Fabry-Perot Temperature Sensor for Quasi-Distributed Measurement Utilizing OTDR

A quasi-distributed Fabry-Perot fiber optic temperature sensor array using optical time domain reflectometry （OTDR） technique is presented. The F-P sensor is made by two face to face single-mode optical fibers and their surfaces have been polished. Due to the low reflectivity of the fiber surfaces, the sensor is described as low Fresnel Fabry-Perot interferometer （FPI）. The working principle is analyzed using twobeam optical interference approximation. To measure the temperature, a certain temperature sensitive material is filled in the cavity. The slight changes of the reflective intensity which is induced by the refractive index of the material was caught by OTDR. The length of the cavity is obtained by monitoring the interference spectrum which is used for the setting of the sensor static characteristics within the quasi-linear range. Based on our design, a three point sensor array are fabricated and characterized. The experimental results show that with the temperature increasing from -30℃ to 80℃, the reflectivity increase in a good linear manner. The sensitivity was approximate 0.074 dB℃. For the low transmission loss, more sensors can be integrated.     

光纤布喇格光栅海水温度深度检测系统研究

海水的温度、深度是其重要的物理参量,为了更安全、准确地监测海水的温度和深度,针对目前海洋温度和深度检测大都采用电信号检测,探头在水中安全性欠佳的不足,利用光纤光栅传感探头为全光学器件、水中安全可靠、易于组成传感器网络进行剖面检测的优点,提出一种基于光纤光栅的海水温度、深度检测系统,阐述了其检测原理,进行了系统及传感探头的设计和研制。结果表明,传感器温度和深度检测的线性度很好,达到0.9999,为海水温度深度检测提供了一种新途径。     

光纤法珀传感器解调系统的设计

光纤法珀传感器具有测量精度高、动态范围大、可单端检测等优点。针对白光干涉型法珀传感器,设计了一种基于体光栅的光纤传感器解调系统。该系统采用高性能体光栅和线阵CCD阵列实现了光谱的采集,并结合高性能数据采集卡和PC机进行信号的处理和输出。测试结果表明该解调系统的温度测量精度在±1℃以上。