一种新型具有温度补偿功能的光纤光栅交流电流互感器

为了消除温度对实现电流测量的影响,提出了一种具有温度补偿 功能的光纤Bragg光栅(FBG)交流电流互感器。利用两个FBG和超磁致伸缩材料(GMM)组成的 传感单元分别放置在两个相邻对称的铁磁回中,并加上两个方向相反的直流偏置磁场,利用 匹配检测方法对两只FBG进行解调,实现交流的测量。测量结果表明,在温度的影响下,系 统的静态工作点几乎未发生变化,在线性区测得最大电流为93.78A , 可获得1.68%的满量程精度。这种FBG电流传感器不仅可以测量交流电 流,也可以实现直流电流的测量。     

一种高频双FBG加速度传感器及其解调方法

为了适应光纤传感器在高转速机械设备安全监测 中的应用,设计了一种双光纤布拉格光栅(FBG)对称式 的高频光纤光栅加速度传感器,并提出一种新的匹配FBG解调方法。阐述了传感器 的结构和工作原理,利用有限元方法分析了传感器的静态与动态特性,并通过实验对传感 器的灵敏度、幅频响应特性和横向 抗干扰能力等方面进行了测试。提出了基于比值法的匹配光纤光栅解调原理,消除了光源不 稳定 等因素对检测精度的影响。实验结果表明,本文传感器谐振频率为900Hz,灵敏度为88mV/g,加速度测量 范围大于80m/s²,横向 灵敏度系数小于10%,并具备较好的抗干扰能力。     

一种新型FBG动态应变解调系统

提出并演示了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)三角形滤波器的动态应变解调系统.通过周期啁啾和折射率调制变迹,制作了FBG三角形滤波器,并利用该滤波器实现了一种新型的FBG动态应变解调方案.通过与传统应变片测量结果进行比较,结果表明,该系统能够准确地实现动态应变测量.由于系统紧凑、无源,因此可被制成便携式的解调模块.     

一种新的灵敏度可调谐FBG解凋技术

实验研究了一种基于机械微应变引入长周期光纤光栅(LPFG)的灵敏度可调谐的光纤布拉格光栅(FBG)应变传感系统.利用机械线加工技术设计了周期性压力槽,通过螺旋微位移结构定量推进弹簧进而对光纤施加径向压力,写制出谐振峰值可调谐的LPFG.紫外激光写入技术制作的FBG的波长位于LPFG的谐振边带范围内时,利用该LPFG作为透射滤波器实现了一种新的灵敏度可调谐FBG应变传感系统.实验分析了施加在LPFG上的压力由20 N调节至60 N时对FBG施加O～3000με的灵敏度可调谐传感实验结果,FBG传感系统光功率变化率由0.802 nW/με增加到1.204 nW/με.     

一种测量范围可调的FBG流速传感装置

基于锥形分速装置,研制了一种光纤Bragg光栅（FBG）流速传感器。利用FBG压强传感机构进行传感信号解调,同时利用开关控制流速管不同开孔的开闭状况。传感器的动态感测范围可达92．5-802．3mm／s,流速检测灵敏度为0．4mm／s,并且对温度不敏感。优化FBG压强传感机构及流速管的相关参量,能够进一步提高传感装置的...     

基于DFB激光器解调技术的光学电流互感器

针对交流电流的测量,提出了一种基于分布式反馈（DFH）激光器解调技术的光学电流互感器（0CT）。OCT的传感部分运用光纤Bragg光栅（FBG）和超磁致伸缩材料（GIⅢ①作为传感器探头,同时应用DFB激光器对FBG进行解凋,实现交流电流的测量。对于这种新型的OCT进行了理论分析和实验研究,实验测得系统传感灵敏度可达到1...     

一种改进的膜片式FBG压力传感器的研究

报道了一种改进的膜片式光纤布拉格光栅(FBG)压力传感器,采用特殊的膜片结构和凸台固定光纤的方式,解决了在以往膜片式光纤压力传感器中存在的栅区应力不均匀问题。对在不同固定方式下栅区的应力状态进行了理论分析。实验结果表明,该种传感器的灵敏度为14.81nm/MPa,在0.0～0.3MPa的量程内线性度在0.99以上,未出现光谱展宽现象。     

基于FBG反射谱信噪比测量的重金属离子传感器

实现了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)及其末端 镀膜的高灵敏度Ni²⁺浓度光纤传感器。壳聚糖和聚丙烯酸(PAA) 通过自组装,以聚合物膜的形式直接聚合沉积在光纤末端。当Ni2＋因螯合作 用而被膜吸附时,膜的折射率发生变化,从而 使光纤末端的菲涅尔反射发生改变。通过测量菲涅尔反射光谱中信噪比(SN R)的变化,就可以得到Ni2＋的浓度。实验测得传感 器的最大线性灵敏度可达35.52dB/mM。利用SNR解调的方法不仅可以消除光源功率波动对测量精度的影响,同时可以利 用FBG谐振波长的漂移测量温度变化。本文实现的Ni2＋浓度光纤传感器,具有良 好的灵敏度、成本低和结构简单等优点。     

一种两段式FBG应变和温度同步测量的实现

为解决光纤布拉格光栅(FBG)的应变和温度交叉敏感性问题,本文基于FBG纤芯有效折射率与纤芯半径的良好相关性,提出一种半腐蚀FBG的新颖结构。即一根FBG被分成等长两部分,用HF酸腐蚀其1/2区域直到纤芯半径。采用传输矩阵法和纤芯基模有效折射率的色散方程对两段式FBG建模,利用Mathcad 15计算软件进行数值仿真和模拟。仿真结果表明,FBG反射峰发生分裂,即一个反射峰分裂为两个,且当纤芯半径变小时,腐蚀段FBG谐振波长蓝移,而未腐蚀段FBG谐振波长基本不变;纤芯半径越小,两段FBG谐振波长的间距越大。实验结果表明,实现了应变和温度的同步测量,得到应变和温度的传感精度分别为7.2με和1.1℃。     

一种FBG载荷定位的温度补偿方法

在基于神经网络的光纤布喇格光栅(FBG)载荷定位系统中,由于测试区域内各个光栅所处的温度大致相同,如果将载荷定位系统中FBG的波长变化量两两组合,然后按一定的比例相减,将它们的差值作为神经网络的训练样本,则可抵消温度所引起的波长漂移,提高了在温度变化时FBG载荷定位系统的准确度。实验证实该方法可获得较准确的判定结果。     

FBG电流互感器非线性校正系统研究

为了提高电流互感器的测量精度,减小相位误差 ,研究了基于现场可编程门阵列(FPGA)的光纤光栅(FBG)电流互感器非线性校正系统,分析 了超磁致伸缩材料GMM,giant magnetostrictive material)的 磁滞特性,采用参数可变曲线拟合法实现数据的非线性校正处理。通过FP GA完成数据采集、 滤波、缓存、分频、校正处理和数据转换等单元的设计,实现了对电流互感器输出信号的实 时非线性校正,减小了GMM的磁滞特性对FBG电流互感器的影响,使电流互感器的 相位误差由7°降为1°,幅度误差小于1%,提高了电流测试系统的测量精度。     

磁扭转微镜光学电流互感器设计

设计了一种复合结构磁扭转微镜光学电流互感器 (OCT),采用光强度归一化数据处理技术, 消除了强度型OCT受环境变化和光源波动等的影响,得到了线性度很好的传感器 响应曲线。通过 耦合效率与微镜扭转角度仿真曲线,获得准直器端面与微镜的距离的合适值。检测电路采用 双光纤准直器光检测技术,实现电流-光强度的传感检测。接收光信号处理后,对 50Hz交变 电流的测试实验结果表明,在5～50A电流范围内,当光源光强度下 降3dB和光纤衰减器 变化3dB的情况下,传感器输出信号响应灵敏度均保持为0.034/A, 并且基本不随被测电 流变化影响,输出响应非线性误差小于±1%,获得良好的输出线性响应曲线。     

基于光频域反射的总线型拓扑结构FBG传感网络

为了提高光纤光栅(FBG)传感系统的传感容量以及传感器的实际工程生存能力和后期可维护性,提出了一种基于光频域反射(OFDR)技术的总线型拓扑结构的FBG传感系统。利用OFDR技术,采用相同波长的FBG传感器,克服了光源带宽对系统传感容量的限制,极大提高了系统的传感器复用能力和空间分辨率。与传统的采用弱反射率FBG串联组网相比,本文系统采用强反射率FBG和光分路器实现总线型拓扑结构,在提高传感器的生存能力的同时,克服了串接式FBG传感网络中存在的多重反射和光谱阴影对测量精度的影响。温度实验表明,系统的波长重复性为±4pm。     

基于FBG的CH4浓度传感系统

提出了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)的新型CH4浓度传感方案.利用CH4催化元件将CH4浓度信息转化为温度信息,并映射为FBG反射波长的漂移量.将自制的FBG封装成CH4传感器,并实验获得了FBG反射波长漂移量与环境CH4浓度的曲线.验证了采用传感FBG和参考FBG的斜边检测方案可提高系统检测分辨率和温度稳定性.     

基于双杠杆放大的中高频FBG加速度传感研究

提出了一种基于双杠杆放大的中高频光纤布拉格 光栅(fiber Bragg grating,FBG) 加速度检波器,理论分析并实验研究该检波 器加速度灵敏度与幅频特性,实验结果表明:检波器中心波长 变化与外界加速度变化具有较 好的线性关 系,检波器的固有频率为612 Hz,平坦区范围为20 Hz,线性度为0.995,加速度灵 敏度为106.7 pm/g,交叉灵 敏度小于4.9％,有良好的横向抗干扰能力。     

双光路全光纤电流互感器的研究

为了使光纤电流互感器具有快速、准确地测量出电流值的能力,本文在分析法拉第电磁感应效应的偏振调制型全光纤电流互感器的基础上引入双光路检测法,将光纤中输出的线偏振光分成振动方向相互垂直、传播方向成一定夹角的两束光。经光信号转换器转换成电信号后系统对其进行放大、滤波处理后得到无噪正弦波信号,结合TMS320F28335测试平台对输出的两路信号进行同步采集、解调,通过运算求出法拉第旋转角,并拟合法拉第旋角与参考电流值得出两者关系式,最终使测量系统能够在高压环境下快速、准确地测量电流值。由此可见,本系统适用于高压环境下对大电流进行检测。     

有源型光纤电流互感器的研究

设计了一种新型光纤电流互感器(Opt icaI fiber Current Transformer,简称OCT),采用光纤传感技术与电子技术相结合的方法,研制出电压等级为110kV,额定电流为1kA的样机.该样机已经通过有关测试,其精度达到±0.2%.与传统的电流互感器相比,这种新型光纤电流互感器具有精度高、体积小、造价低、良好的动态特性和不受电磁干扰等优点.     

基于FBG和光频域反射技术的混合式光纤传感网研究

基于光纤Bragg光栅技术和光频域反射(OFDR)技术 ,构建了一个具有分立式传感子层和分布式传感器子层的双层结构混合式光纤传感网络。 在分立式传感子层中,FBG用于实现温度参量的传感;在分 布式传感子层中,采用OFDR方法解调光纤中的瑞利散射信息从而获得分布式的应 变参量。整个传感 网络共用同一个宽光谱可调谐激光光源,分立式子层和分布式子层两者协同工作,实现应变 和温度两个参 量的高精度测量,其中应变分辨率达到0.75με,温度分辨率达到 ±1℃。本文构建的传感网络为构建大容量、 大规模、多参量、高空间分辨率和高测量精度的光纤传感网络提供了一种有益探索。     

基于FPGA的时延辅助定位FBG传感系统的研究与设计

由于受光源谱宽和光纤Bragg光栅传感波长移动范 围的限制,FBG传感系统中可复用的FBG数量 受到很大限制。为了解决这种限制问题,提出通过传感信号的时间延迟对传感FBG进行定位 的方法。 设计出基于FPGA的时延辅助定位FBG传感系统,用Fabry-Peror(F-P)腔和时延定位结合的 方式对传感信息进 行解调,用FPGA进行数据处理。搭建了实验系统,进行了简单的实验。实验结果表明, 本文系统增加可复用FBG数量的方法实用性强,精度高。