双光纤光栅双参量传感系统优化设计与研究

运用矩阵范数理论对所建立的双光纤布拉格光栅（FBG）压力与温度传感系统系数矩阵的态性进行了研究。结果表明，传感器对压力与温度测量误差传递的稳定性主要取决于对压力与温度传感绝对灵敏度的配系，即与系数矩阵条件数大小有关。优化设计双参量传感系统的目标就是通过破坏系数矩阵中行间和列间各元素的近似线性相关性及减小各元素之间的比例，来减小系数矩阵的条件数。通过对金属机敏元件作为衬底的双光栅双参量传感器对压力与温度传感的绝对灵敏度的优选，将其压力与温度传感系统的系数矩阵条件数降为4．4，由此得到双FBG对压力与温度双参量测量的传递误差分别为0．68％和1．1％。     

贴片封装的光纤Bragg光栅温度传感器

分析了光纤Bragg光栅的传感原理，提出了一种基于铍青铜片封装的光纤光栅温度传感模型。通过用一种耐高温胶将FBG粘贴在膜片材料上，使FBG在温度变化过程中一直保持张紧状态，保证FBG温度传感器有良好的重复性和线性。在20～200℃范围内进行温度实验，实验结果表明，FBG反射波长与温度有很好的线性关系，该温度传感器的温度响应灵敏度为0．0315nm／℃．实验拟舍值与理论值之差仅占理论值的2．9％。该传感器的温度测量范围大，可应用在油气井下较高温度环境的测量。     

基于桥梁结构的FBG传感器温度与应变交叉敏感问题的研究

对光纤布拉格光栅(FBG)传感器在桥梁结构健康监测中产生的温度与应变交叉敏感问题进行了研究。采用参考光纤光栅法在应变传感光纤光栅附近额外加入一个温度测量光纤光栅,对应变光栅实现温度补偿功能。设计了基于参考光纤光栅法的FBG传感器及FBG传感器封装的机械结构,并通过实验来验证FBG传感器的性能。实验数据表明,温度传感光纤光栅几乎不受应变的影响,应变传感光栅的中心波长变化与温度变化呈一阶线性关系,修正后的测量结果更加精确,达到了双参数同时测量的目的,应变与布拉格波长的线性关系非常好,相关系数达到0.99以上。参考光纤光栅法能够很好地解决FBG传感器温度与应变交叉敏感的问题。     

温度和应力迟滞自补偿型光纤光栅传感器的研究

采用四对称悬臂梁与光纤布拉格光栅传感机构的组合设计，将2个相同反射波长的光纤光栅对称粘接于悬臂梁的上下表面，组成光栅串，实现对外压力的双光栅波长差的调谐方法。研究结果表明，该系统能自补偿光纤光栅压力传感系统的弹性迟滞影响，还能自补偿温度对光纤光栅压力传感的影响，解决了光纤光栅对压力和温度交叉敏感的问题，改善了传感系统的线性特性和重复性。在0～6MPa的测压范围内，双峰波长差的调谐范围为0—6．6nm，压力调谐双峰波长差的灵敏度可达1．12nm／MPa，在15—110℃测温范围内，温度调谐双峰波长的灵敏度可达0．028nm／℃。     

基于切趾光纤光栅阵列的温度传感系统设计

研究采用二次曝光切趾技术制做了高反射率并具有高边模抑制比的光纤光栅(FBG).利用虚拟仪器技术设计了此切趾光纤光栅温度传感阵列系统,有效地扩大了系统的容量并消除由反射旁瓣所带来的信道串扰问题,可实现对电力、油井系统等的温度分布的多点实时监测.此设计为高容量温度应力传感以及密集波分复用系统的实现提供了有益的参考.     

玻璃封装医用小型光纤光栅温度传感探头

针对体内测温、特别是肿瘤热疗体内温度实时监测对温度传感探头的体积、韧性和抗电磁干扰能力的要求,对医用小型光纤光栅温度传感探头进行了研究。提出了利用玻璃管封装短光纤布拉格光栅来有效避免应力引起的误差以及金属封装对电磁场分布的影响,同时提出用医用聚氨酯套管包裹探头及光纤来有效地保护探头及光纤并使其具备很好的韧性。封装后,探头截面直径为1mm、长度约为4mm。实验测量了稳定温度源在不同温度下探头的反射波长响应和温度变化时探头的响应时间,并测量了医用热疗机加热猪肉时肉内部的温度变化过程。结果表明,体温范围内探头反射波长与温度的线性相关系数可达0.999 95,温度传感精度为0.2℃,探头最大响应时间约为4s,并能实时监测医用热疗机加热猪肉时其内部的温度变化。     

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。     

用于同时测量湿度和温度的多路光纤光栅传感器

为了满足工业上对温度与湿度同时测量的需求,利用级联的光纤布拉格光栅(FBG)设计了一款能够实现湿度和温度同时测量的在线光纤光栅传感器。在2个FBG(FBG1与FBG2)的表面涂覆不同的敏感性聚合物材料。其中,FBG1的裸表面涂有聚酰亚胺薄膜,利用它来测量环境湿度;FBG2的裸表面填充二甲基硅油,利用它来测量环境温度。研究了传感器的工作原理,进行了温湿度传感实验。实验结果表明,随着环境温度和湿度的变化,FBG2的温度灵敏度为14.4 pm/℃,而对湿度不敏感;FBG1的温度和湿度灵敏度分别为12.8 pm/℃和2.1 pm/%RH,实验结果与理论分析基本吻合。另外,利用实验获得的FBG1与FBG2的温度与湿度灵敏度,构建灵敏度测量矩阵实现了环境温湿度的同时测量。该传感器具有结构简单、灵敏度较高、性能稳定与重复性好等优点,并且具有多路同时测量功能。     

用于光纤光栅传感的低成本高分辨率多通道波长解调仪

本文报道一种用于光纤光栅传感的低成本高分辨率多通道波长解调仪。基于薄膜滤波技术的密集波分复用模块已被广泛用于光纤通信系统中，在本文中，采用已商品化的薄膜密集波分复用模块同时完成了以波分复用方式连接的多个光纤光栅传感器的信号分离与波长解调功能，研究了一种结构简单、低成本、高分辨率的光纤光栅传感系统。该传感系统的特点是可用于多通道动态测量。本文将具体介绍一种旧通道传感系统，该系统在3kHz频率下的动态应变的分辨率优于1nε√Hz。     

光纤光栅传感网络应用于环氧树脂固化过程监测的试验研究

光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器由于体积小、信号稳定、与复合材料的相容性好等优点,近年来成为监测复合材料固化过程的首选传感器.本文根据FBG传感器的波分复用技术,形成FBG传感器网络,将该传感网络埋入环氧树脂中,实现了对环氧树脂基板固化过程中树脂温度和残余应变的变化情况的监测,为利用FBG传感网络监测复合材料固化过程提供重要的实验基础.     

高空间分辨率分布式光纤测温系统的设计及应用

分布式光纤测温系统是一种新型的线型感温探测器,以光纤作为传感器,可实现沿光纤分布的温度实时测量。理论分析了分布式光纤测温系统的原理以及影响空间分辨率指标的因素,并给出了0.5m高空间分辨率分布式光纤测温系统的设计以及测试情况。将高空间分辨率分布式光纤测温系统应用于电缆温度测量,测量结果表明0.5m空间分辨率下对小区域电缆过热点的探测更为显著,可及时发现潜在的火灾隐患。     

基于PLC控制的温度控制器测试系统的设计

针对家用和类似用途温度控制器类产品,以相关的国际和国家标准为研究依据,着眼于节约试验用能源、提高试验精度和检测效率,结合制冷系统原理、运动控制技术和电工电子技术,采用冷风半闭式循环和强制对流热交换方式等策略,实现了节能型可编程温度控制器测试系统的研制与开发。     

分布式光纤测温技术综述

光纤传感器以其独特的优点得到了人们的普遍关注,尤其分布式光纤传感技术在土木工程等大范围测量领域成为研究热点。通过对目前分布式光纤测温技术的系统论述,提出了分布式光纤测温技术的两个研究方向:基于光纤后向散射的光时域及频域反射技术的分布式光纤测温和基于光复用技术的光纤光栅分布式测温。通过对分布式光纤测温技术两个方向的工作原理、特点及性能的理论分析及仿真实验,综合论述和分析了分布式光纤测温技术两个方向的优点和缺陷,以及在具体工程中的实际应用。     

光纤光栅管式封装工艺研究

使用了外径0.8mm、内径0.58mm、长度40mm的不锈钢钢管作为套管材料,对光纤光栅进行了保护型封装,并且提出了单头式和双头式两种光纤光栅温度传感器的管式封装方法,制作得到只对温度敏感的温度传感器。通过应力拉伸试验检验了封装的可靠性,并采用水浴试验研究了其温度传感特性。结果表明,单头式封装方式比双头式封装效果更好,依然保持着非常好的波长与温度之间的线性关系,线性拟合度均达到0.997以上,并且均得到很好的重复性。采用该封装工艺可以有效地解决光栅交叉敏感问题,从而满足了一些对光纤光栅传感器尺寸和兼容性要求较高的场合的需要。     

分布式感温光纤在大功率发射机上的应用探析

分布式感温光纤在大功率发射机的应用,可以有效监测发射机核心元器件的温度情况,进而保证大功率发射机的正常稳定运行。主要对背向拉曼散射光纤的传感技术进行分析和探讨。     

高速芯片温度检测技术研究与应用

芯片在工作时容易变热，为了保证芯片工作在一个稳定的状态，必须保证芯片温度的变化在可容许的范围以内。对高速芯片采取冷却技术，首先要精确检测工作时的温度变化。温度传感器集成电路是一种完全基于半导体硅的温度检测新技术，能够实现扩展测温范围、进行远程温度监测。采用风扇自动控制技术与温度传感器集成电路，不仅可以节约成本，而且减少噪音污染，是高速芯片冷却技术的发展趋势。     

双芯光纤马赫-曾德尔干涉仪的温度特性

对适用于温度传感的双芯光纤马赫-曾德尔干涉仪进行了研究,并通过将一根单模双芯光纤熔接在两根单模光纤之间,制得了双芯光纤马赫-曾德尔干涉仪型梳状滤波器.用干涉原理分别分析了该器件传输谱的自由空间谱宽与波长、双芯光纤的长度和两纤芯间的有效折射率差的关系,实验检测了它的温度特性.结果显示,随着温度的升高,该器件的传输谱发生红...     

基于光纤光栅的小热惯量温度场监测实验

为了研究温度传感器测量小热惯量温度场的准确性和即时性,对2ml沸水分别利用水银温度计、热电偶和金属管封装的光纤光栅温度传感器进行测温,所测温度的值分别为94.0℃、95.0℃和98.6℃,三者的响应时间分别为10.0s、8.5s、2.5s。可见,小体积金属管封装的光纤光栅温度传感器测量精度高,响应速度快。并对不同封装工艺的光纤光栅温度传感器的传感特性进行比较,结果表明,对于小热惯量温度场的监测,传感器的封装方式应采用小内径金属管封装方式。     

基于遗传算法的加热炉炉内钢温软测量模型

针对加热炉炉内钢温的在线测量问题，本文从总括热吸收率法钢温模型中总括吸收率参数的确定问题入手，尝试利用遗传算法在解决最优化问题方面的突出特点，获得全局最优的总括吸收率，进而得到炉内钢温的软测量模型。该模型有机结合了机理和统计建模方法的优点，在取得大量易获得的过程数据的前提下，可以得到较高的测量精度。采用双蓄热步进式棒材加热炉现场运行数据的仿真结果证明了该方法的有效性。