高压开关柜内接头温度在线监测系统的设计

采用光纤光栅作为温度传感器,提出了测量高压开关柜内接头温度的在线监测系统。该系统主要由宽带光源、光纤光栅温度传感器、可调滤波器、光电转换电路、传输光纤以及系统软件组成。利用光纤光栅反射波长与温度具有良好线性关系的特性,测量不同温度下对应的光栅反射波长变化,经过数据处理,实时显示温度。系统能实现对多个开关柜内接点进行温度实时测量,并具有温度预警功能。对高压开关柜内接头温度进行了现场测试,测量误差在0.2℃以内。通过通信接口技术,系统能与电力控制中心连接,实现对高压开关柜内接头温度的远程实时在线监控。     

光纤传感器在涡轮轴向位移检测中的应用研究

以光纤传感原理为基础，采用一种强度补偿型反射式光纤位移传感器，借助光纤本身的优势，实现涡轮机轴向位移的实时监测。系统包括光源及其驱动电路、光纤传输通道、信号处理电路和信号输出系统。通过双路接收的方法消除因光源发光功率波动、光纤损耗变化以及环境干扰光等因素对测量结果的影响。采用稳压源驱动和温度补偿保证光源发光的稳定性，进行转速监测以补偿速度变化引起的误差。采用单片机完成被测信号的识别和处理，提高了测量的精度。     

基于光纤传感器的大型设备测试系统设计

针对大型设备长期工作在高温、高油污的恶劣工况下,提出利用光纤传感器监测设备的工作状态,采用光纤传感技术、网络技术搭建了测试系统并投入应用。应用结果表明:采用光纤传感器长期监测设备状态,不受光源、温度、油污等干扰,可取得较好的效果。     

水膜厚度光纤检测系统

针对海水泵滑靴副水膜厚度测量需求,利用反射强度调制型位移光纤传感器工作原理设计并实现了一种水膜厚度检测系统。设计了与海水泵结构相对应的光纤探头,其采用具有较好补偿功能的三圈同轴型光纤束结构消除了由光源强度、反射表面性质以及光纤光强损耗和弯曲损耗等因素带来的影响;开发了由光源模块、电源模块、光电转换模块、低通滤波模块、信号比值模块等组成的前置器用于信号调理。对开发的水膜厚度光纤检测系统进行了静态性能和动态性能测试实验,结果表明:该检测系统的测量精度可达微米级,测量系统的量程为1 000μm,灵敏度为3.45mV/μm,动态性能良好,满足了对海水泵水膜厚度的检测需求。     

光强自动补偿型光纤压力传感系统

光纤强度型传感器技术成熟,结构简单、造价低廉。但对光源的稳定性要求较高。本文的光纤压力传感系统能有效地克服这一缺点。该压力传感系统的输出信号取决于两路光纤的输出光强信号之比。测试结果表明,该系统能自动地补偿由于电源不稳定、器件老化等因素导致的光源强度变化对测量结果的影响。     

基于LabVIEW的SLD光源数字化测评系统研究

光纤传感器常常采用超发光二极管光源(SLD),SLD光源的稳定性对系统整体性能有着关键的影响。所以在SLD应用前,对光源的测试评价的工作是非常有必要的。通常光源的全面测试是一项操作纷繁复杂、数据量巨大、后期数据处理繁琐的工作,因此针对不同的测试系统,以虚拟仪器的设计思想,基于LabVIEW平台,结合Matlab设计了一系列测评程序,以实现对光源测试的自动化,能大大提高光源测试效率和测试系统的可靠性。     

基于STM32恒流恒温超辐射光源系统设计

随着光纤传感、光纤陀螺等技术的飞速发展,超辐射发光二极管(SLD)运用场所也是越来越多,SLD光源的稳定性对光纤传感系统性能有及其重要的影响,为了提高光纤传感的精度设计了一种基于STM32的恒电流恒温度超辐射光源系统。该系统采用了运算放大器作为放大器件的恒流源电路技术方案确保电流稳定性,使用了PID算法确保温度控制电路稳定性,具有良好触摸屏控制的人机界面。文中对超辐射光源系统的硬件和软件进行了具体阐述。测试结果证明,该系统在正常温度下一定工作时间内都能保证SLD输出功率稳定在±0.01d Bm范围内,能够很好符合相关需求。     

生化分析仪光学检测系统设计与优化

面向多参数生化分析仪的测试需求,基于分光光度法,提出一种新型半自动多参数生化分析仪的光学检测系统。系统采用多个不同波长LED单色光源和多进一出耦合光纤对光源进行分光,实现多参数快速准确测试;采用固定部件,无任何活动构件,大幅度减少了光学检测系统带来的系统误差,保证整个仪器测量精确度和重复性。文中对光学检测系统的光源驱动电流、耦合光纤对LED光谱的影响、检测室恒温控制分别进行测试,测试数据表明各项光学参数满足分光光度法的要求。对氰化物标准样品基于朗伯比尔定律建标,分析线性度和相关度,对比测试分析仪器的精确度、重复性和最低检出限。各项测试结果均达到设计要求,可实现生化多参数的快速准确测量。     

基于光纤法珀传感器的局部放电测试系统

针对油浸变压器中局部放电的测试需求,设计了一套基于光纤法珀传感器的超声波测试系统。该系统采用集成可调谐激光模块作为光源,通过光纤环形器把光源、法珀传感器和光电探测器连接起来。光电探测器的直流输出信号通过MCU的检测,用来调整集成可调谐激光器模块的工作波长和传感器的工作点。对光电探测器输出的交流小信号通过信号调理电路进行放大、滤波得到被测声波的模拟信号。通过对模拟信号进行数据采集、分析和显示,实现对局部放电的监测。     

光纤光栅温湿度检测系统研究

为了实现对室内环境的温度和湿度的实时监测,设计了一种光纤光栅温湿度检测系统。该系统以光纤光栅传感器为温度和湿度检测的敏感元件,利用波分复用技术对光纤光栅传感器进行传感网络的组建,利用F-P腔解调原理对光纤光栅传感器进行波长的解调,采用LabVIEW编写光纤光栅温湿度系统的上位机软件。光纤光栅温湿度检测系统解决了传统电力系统的组网困难,电缆质量重,测量误差大,易受电磁干扰等问题,实现实时监测环境的温湿度和数据的保存,适合各种室内环境的温湿度监测的场合。     

LED中荧光材料量子效率测量系统的设计

LED作为新兴光源,与传统的白炽灯光源相比,具有很大的优势。衡量其荧光材料发光性能的一个重要参数就是量子效率。为了准确地测量荧光材料的量子效率,提出了一种基于半积分球装置的量子效率测量系统。该系统采用了中心波长为465nm的蓝光LED芯片作为激发光源,与直径为150mm的半积分球和直径为150mm、中心孔直径为8mm的平面反射镜搭配使用,运用光纤和线阵CCD光谱仪采集光谱数据,并进一步计算出量子效率。为了验证系统的有效性,分别采用两种不同的荧光材料对测量系统进行测试,测量结果与厂商所给的数值基本一致。实验结果表明,该测量系统能有效地评估LED中荧光材料的发光性能。     

全彩发光二极管交通诱导屏光纤传输系统

设计了光纤传输系统以实现交通诱导屏图像数据的远距离实时传输。针对原光端机的诸多缺点,提出了传输系统的设计方案,构建了完整的系统结构。依据以太网相关传输协议对物理层和数据链路层的设计思想进行了分析,给出了系统中重要模块的设计方法,并对内存寻址和带宽估计进行了精确计算。测试结果表明:利用单芯光纤可完成最大分辨率为1 024pixel×768pixel,刷新频率为60Hz的图像源的实时传输,最大传输速率达1.5Gbps,距离为5～10km。与原传输方案相比,该方案减少了额外光端机设备,光纤利用率提高了80%,并利用接收端级联减少了光纤铺设成本。系统能够满足城市交通指挥中心对诱导屏实时信号的传输要求,传输性能可靠,已应用于现行交通诱导系统中。     

基于虚拟仪器的底盘集中润滑装置主油路压力检测系统

为了精确检测车辆底盘自动集中润滑系统工作性能参数,研发了基于虚拟仪器的集中润滑装置主油路压力检测系统,该压力检测系统主要由压力和温度传感器、信号调理器、数据采集卡和计算机等硬件组成;并应用LabVIEW开发了系统检测平台;实现了润滑系统工作时主油路的动态压力波形采集与显示。实践结果证明,该检测系统具有较高的测量精度和良好的实用性。     

基于FPGA的数字化光纤传输方案

针对复杂电力电子系统在实时控制和高隔离性能上的要求,提出了一种新颖高效的数字化光纤传输方案,以A/D转换器加现场可编程门阵列(FPGA)为简单架构,先将模拟信号数字化,再进行编码等数据处理,使信号能够通过光纤进行隔离传输,最后在光纤接收端将有效数字信号提取出来。该方案解决了复杂环境下系统对多路、多点采样数据实时性、可靠性及远距离传输的问题,其优点是系统稳定,误码率低,抗干扰能力好,实时性强。实验结果证明了该方案的可行性。     

基于级联光栅的氨氮质量浓度检测

为了实现水中氨氮质量浓度的在线检测,基于光纤光栅传输理论,提出了一种利用级联光栅,双参量同步测量的传感方案,推导出传感系统的灵敏度矩阵。实验测出了布拉格光纤光栅(FBG)和长周期光纤光栅(LPFG)的温度灵敏度系数、氨氮质量浓度灵敏度系数,获得了传感系统的灵敏度矩阵。结果表明,该方案结构简单、易于实施,为水中氨氮在线检测的研究提供了一种参考方案。     

Measurement of the focusing constant of gradient-index fiber lens and its application in developing GRIN fiber probes

The curve-fitting algorithm is adopted to measure the focusing constant of a gradient-index (GRIN) fiber lens, which is used to further design ultra-small GRIN fiber probes. Firstly, the refractive index profile of a GRIN fiber lens is acquired by using the Optical Fiber Refractive Index Profile tester. And the focusing constant of the GRIN fiber lens is obtained by means of the curve-fitting algorithm of quadratic polynomial. Secondly, the measured focusing constant is used to design ultra-small GRIN fiber probes with different focusing properties. Thirdly, according to the designed optical probe models, GRIN fiber probe samples have been fabricated and tested. Finally, comparative analysis is conducted between the theoretical focusing performance parameters and the experimentally measured values. The results show that, in the given condition, the fitted value of the focusing constant of GRIN fiber lens and the theoretical focusing performance parameters of GRIN fiber probes, respectively agree well with the nominal value provided by the manufacturer and the experimentally measured data. Therefore, the proposed methods of measuring the focusing constant of GRIN fiber lens and its application in designing GRIN fiber probes are validated and feasible to further developing ultra-small GRIN fiber probes requiring specific optical focusing performance.     

光纤端面参数自动化测量系统的研究

为快速、准确、方便地进行光纤端面几何参数的测量,在数字图像采集和处理的基础上,研究和设计了光纤端面参数自动化测量系统。介绍了采用图像处理方式进行光纤端面几何参数自动测量的基本原理。对比了Canny边缘检测法和高通滤波法对光纤图像进行边缘检测的效果,体现出高通滤波在光纤端面图像处理中的优势。针对普通光纤、保偏光纤和光子晶体光纤不同的端面形状,设计出利用图像处理方法自动测量各种光纤端面几何参数的软件系统。结果表明该系统可有效地测量出各类光纤端面的几何参数。     

光纤布拉格光栅传感分析仪

提出了一种基于FPGA与DSP平台的光纤布拉格光栅传感分析仪,将外界参量的变化转化为光纤布拉格光栅波长的偏移,通过数据采集、过滤杂波、信号波峰检测、高斯曲线拟合以及加权波长计算等关键步骤来实现波长解调技术,进而完成温度、应变、压力或位移等对象的在线测量,并且可以实现光纤线路故障分析与定位的功能.实验结果表明:该系统功耗低、线性度好、波长解调精度与分辨率较高.经过长期测试,系统软硬件运行稳定可靠.     

Fresnel-reflection-based fiber sensor for high-temperature measurement

A fiber sensor system was developed to measure high temperatures. The system consists of a diode laser as the light source, three optical couplers, two sensing fiber ends, and two photodetectors. The measurement is based on the relative Fresnel reflection intensity and the thermo-optic effect of the fiber. The application of this relative technique can operatively eliminate the errors resulting from light source fluctuations and the effect of the environment. The stability of the system for long-duration measurements can also be effectively improved.     

基于虚拟仪器的扫描阀风洞数据采集系统研究

针对增压连续式风洞扫描阀测量系统的实验,设计了一种基于虚拟仪器LabWindows/CVI开发环境下的风洞扫描阀系统实验数据采集系统,阐述了该系统的方案设计,给出了系统的主要软件涉及构成及采集流程图。该系统为用户提供友好的人机交互界面和易操作性,完成对扫描阀测试实验系统模块参数、系统扫描参数、触发模式的信息配置,实现了对压力测试各通道数据的实时测量、显示、保存及打印输出。实验结果证实该系统提高了测量的有效性和可靠性。