分布式光纤温度传感技术在隧道监测中的应用

介绍了分布式光纤温度传感检测原理及采用拉曼散射型分布式光纤温度传感器并将其与高速采集处理电路集成的检测方式。分析了分布式光纤温度传感技术应用于隧道火情监控的优越性。结合计算机及现场Modbus网络构建了隧道监测网络，同时还介绍了开发隧道监测网络的软硬件设计过程。现场实验表明，分布式光纤温度传感技术具有良好的应用前景和较高的推广价值。     

光纤光栅温度传感器溯源性标定方法的研究

针对光纤Bragg光栅(FBG)温度传感器的溯源性标定问题,研发了一套光纤温度传感仪表智能检测平台,对FBG传感器进行在线校准。检测平台同步分析传感器标定过程中波长变化量及量值转换后物理参量变化量,并利用最小二乘法拟合得出传感器静态标定指标。通过对标定过程中不确定度的分析,将标定结果溯源到国家基准。实验结果表明,通过光纤温度传感仪表智能检测平台标定得到的FBG温度传感器的灵敏度为9.824×10-3nm/℃,线性度为99.91%,校准装置的测量不确定度为0.1℃。     

从室温到1800℃全程测温的蓝宝石单晶光纤温度传感器

表述了从室温到１８００℃测温范围的全程测温的蓝宝石单晶光纤温度传感器。该光纤传感器综合了光纤辐射测温技术和光纤荧光测温技术的特点,利用特殊生长的端部Ｃｒ＾３＋离子掺杂的蓝宝石单 光纤,使两者有机地结合实现用单一光纤传感头达到大范围的温度测量,介绍了端部掺杂的蓝宝石单晶光纤的生长方法,分析了它的荧光温度特性、光纤传感头上荧光信号与热辐射信号的相互干扰以及光纤温度传感器的系统结构和工作原理,给出了实验     

基于窄线宽扫频光源的高分辨率阵列式光纤光栅温度传感系统

高精度温度传感器在地球物理、海洋科学、石油化工等领域具有广泛应用。针对传统光纤光栅温度传感器分辨率较低的问题,提出一种基于光纤光栅的高精度多点复用温度传感系统,该系统采用封装好的不同中心波长的π相移光纤光栅作为温度敏感单元,以扫频激光器和波分复用技术检测各光纤光栅谐振波长,并引入氰化氢标准气体吸收室作为波长参考,用非平衡马赫-曾德尔干涉仪补偿光源扫频过程中的非线性,以提升波长测量精度。实验实现了对10个温度传感探头的同时探测,温度分辨率达到10^-4℃水平,测量范围达到0～100℃。该光纤光栅温度传感系统在高精度温度测量领域具有广阔的应用前景。     

无人机机箱温度异变信号检测系统设计

针对传统的无人机温度检测系统对于无人机机箱温度异变信号的检测实时性和准确较低的问题,设计并实现了基于DS18B20温度传感器关联模型的无人机机箱温度异变信号检测系统,根据温度在不同位置的测量值不同,建立不同位置的关联模型,利用温度传感器之间的关联系数λ,判断不同位置的温度信号是否正常,并对温度异变信号发出警报;硬件设计主要包括温度传感器检测电路、数据处理模块、声光报警模块等;软件设计主要包括工作流程、DS18B20实时温度传感器关联性的程序实现等;最后对无人机100次的飞行提取机箱检测温度进行试验实验,通过温度传感器DS18B20对无人机机箱实际的温度数据进行检测,结果表明:机箱内部模块周围温度变化与散热风扇周围的温度平均温度变化相差在0.5℃以内,在误差允许范围内,相关性很大;另外,与传统系统对比可知,该系统的检测准确率高达95%以上,且稳定性强,能为无人机的安全飞行提供了可靠保障。     

基于高斯白噪声调制的布里渊光相干反射温度传感器

根据光纤布里渊频移量随温度变化的特性,提出一种基于布里渊光相干反射技术的分布式光纤温度传感器.利用噪声信号的无周期特性,采用高斯白噪声信号对系统的光源进行电流调制,克服了现有布里渊光相干反射技术无法同时兼顾传感距离和空间分辨率的问题.实验研究表明,该传感器在253m的普通单模光纤上实现了分布式温度测量,获得了54.6cm的空间分辨率和±1.07℃的温度测量准确度.     

基于FBG的液压系统中流量/压力/温度同时测量技术

针对传统液压系统检测中存在的传感器功能单一、体积较大、测量精度不高等问题,提出一种光纤光栅复合传感器.该传感器以一体化的靶片式流量传感结构为基础,融合光纤光栅压力和温度传感器,可以实现对液压系统流量、压力和温度的同时测量.在对各参数传感模型理论分析的基础上,对传感器的结构进行设计,并制作了传感器实物.利用液压综合试验系统等设备对传感器进行了性能测试和参数标定,得到其流量灵敏度为0.049L/s,压力灵敏度为28.4pm/Mpa,温度灵敏度为14.9pm/℃,验证了传感器设计的合理性.同时,传感器的温度测量功能可在流量和压力测量中作为参考,克服温度的交叉敏感效应,提高传感器的环境适应能力.     

聚酰亚胺涂覆的光纤宏弯温度传感器

为了提高光纤宏弯温度传感器的性能,提出了一种基于聚酰亚胺(PI)涂覆的新颖光纤宏弯温度传感器。利用基于纤芯-包层-无限涂覆层结构的光纤弯曲损耗-温度测量方法确定了传感器的光纤弯曲半径,将PI薄膜涂覆在1060-XP光纤包层外获得了新型的光纤宏弯温度传感器。该传感器的温度传感实验结果表明,PI涂覆不仅能提升光纤的机械性能和耐热性,还可实现温度灵敏度和温度测量分辨能力的显著提高。该新颖的光纤宏弯温度传感器可实现-20～100℃的宽温测量范围,温度灵敏度为0.072 dB/℃,分辨能力为0.14℃。与其他光纤宏弯温度传感器相比,所设计的传感器的温度传感性能显著提高。     

基于多波长布里渊光纤激光器的温度传感特性

为了在高腐蚀、高辐射和强电磁干扰等复杂环境下实现对温度的精确测量,设计并实验了一种基于传感多波长布里渊光纤激光器(MBFL)和参考MBFL的高灵敏度全光纤温度传感器。理论和实验上分析了布里渊散射光的频移与温度变化之间的关系,根据输出斯托克斯激光信号对拍频所得微波信号的频移变化,测量温度的变化。通过带宽为0.1 nm的可调谐光滤波器选择第10阶斯托克斯激光信号对输出,并对其进行拍频探测,实现对传感MBFL周围温度变化的精确测量。通过拍频探测第10阶斯托克斯激光信号对,得出其灵敏度为10.829 MHz/℃。当选用第10阶斯托克斯激光信号对进行温度测量时,温度变化40℃的测量误差约为0.138℃。     

无源无线声表面波温度传感器及其在智能变电站中的应用

为了克服智能变电站温度检测环境复杂、非接触、精度低、成本高的缺点,研究并开发了一款无源无线声表面波智能温度传感器;研究了该型温度传感器的检测机理,并研究了无源无线声表面波智能传感器收发系统;设计了传感器系统射频模块匹配电路,并对输入输出信号进行了Multism仿真;基于无源无线声表面波传感器构建了智能变电站温度检测系统;现场试验发现系统温度精度提高了10%以上,长期运行无故障,表明该无源无线声表面波温度传感器在智能变电站测温中具有优异的表现,具有较广的应用前景。     

白光干涉双环传感网络理论与实验研究

构造了一种基于双环形拓扑结构的白光干涉光纤传感网络．可用于智能结构中准分布应变或温度的测量。光纤传感网络基于空分多路复用技术(SDM)．目的是增强带载能力．降低单点传感器的测量成本,并借助丁双端口问询技术．增强传感网络的抗毁坏能力。分析了环形网络结构的低相干多路复用原理．根据空分复用的光程匹配条件．推导了传感器干涉信号的强度特性。实验中对连接9个传感器的双环传感网络特征及其抗损坏特性进行了验证．并对实验结果进行了分析和讨论。     

流化床风帽故障的声发射检测

针对气固流化床中风帽故障影响流化质量问题,本文提出一种能够快速精确地检测出风帽故障位置和类型的声发射检测方法;声发射技术是一种实时、在线、非侵入流场的声波检测方法,利用均匀安装在流化床分布板下方的声发射传感器进行定位测量;采集气固流化床内颗粒撞击分布板产生的声信号,对该信号进行多尺度小波包分解,找出特征频段,由各个测点声发射信号总能量对比可以直观反应风帽故障存在位置,而各尺度能量分率的变化能进行故障类型判断;这种实时测量方法能更早,更精确的对风帽破损情况进行准确的判断。     

同基准16路电流型测温电路设计与应用

在许多实际的应用系统中,需要同时测量多点温度,为了解决多支路测温需要相同参考标准的问题,保证各路参数具有可比性;巧妙地设计同基准A/D转换电路,运用低导通电阻模拟开关构建矩阵开关进行分时切换各支路,有效地解决了多支路同基准测量问题;结合实际应用确定A/D转换器输入电路滤波电容大小与开关切换延时的关系;利用台阶电阻使A/D转换器的输入端的“零”电平得到抬升,偏离A/D转换器非线性段,解决了微小信号输入的测量精度;对于温度测量普遍使用的铂电阻传感器,利用模拟开关实现了铂电阻传感器静态下预热电流与测量状态下工作电流的电路转换,保证电路的信号稳定起到很好作用;在实际的应用系统中,检定数据和使用效果表明,同基准16路电流型测温电路具有高稳定度、高精度特点,适用于各种相参测量系统中使用。     

集成聚焦式测头的纳米测量机用于台阶高度标准的评价

利用集成聚焦式测头的纳米测量机实现了高精度的台阶高度标准评价,该系统的测量范围可以达到25mm×25mm×5mm.描述了纳米测量机的工作原理,通过内嵌激光干涉仪和角度传感器的实时测量与反馈,实现高精度定位与扫描.聚焦式测头只作为零点传感器,与3个激光轴交于一点,避免了阿贝误差影响.通过将聚焦式测头的输出信号引入到纳米测量机的数字信号控制器中,实现定位系统的辅助测量,减小了聚焦式测头的非线性对测量结果的影响.根据ISO 5436-1:2000的评价方法对经过标定的台阶高度进行评价,14次测量的均方根(RMS)偏差为0.237nm.     

基于PXI总线的便携式引俄装备通用电路板故障诊断仪的设计

为提高引进装备的自主维修保障能力,针对引俄导弹装备模拟电路板、数字电路板和数模混合电路板的特点,设计了适合各型板卡安装的安装平台,构建了基于PXI总线的一体化硬件诊断资源平台;运用基于电压/电流的复合故障诊断方法及深浅知识推理机相结合的故障诊断策略完成故障诊断;研制了一型便携式通用电路板故障诊断仪。该诊断仪系统结构紧凑,使用灵活,携带方便,能够有效完成引俄导弹装备中的数字电路、模拟电路和数模混合电路快速、精确的故障诊断,诊断精度可定位至器件管脚。     

光纤多轴应变计

本文介绍了一种用于应变测量的新型元件——光纤多轴应变计。这种元件的测量原理与以往的金属敏感栅测量原理截然不同，测量部分为光信号调制，具有灵敏度高、不受电磁干扰、耐高温、传输距离远等特点。本文对这种应变测量元件做了理论上的分析及实验研究，确定了光纤多轴应变计的测量方案，从而得到点的应力状态。文中还介绍了应变计的测量电路和温度补偿方法。对于这种新型光学应变计来说，作者对其性能与电阻应变片做了初步比较与探讨，这项工作还将继续下去。     

连通井磁场测距系统中信号处理与传输的研究

为了消除连通井磁场测距系统中高温高压、强震动恶劣环境对测量信号的影响,提高测量结果精确性,实现连通井磁场测距系统的精确定位功能,本文从传感器、AD选型、硬件信号调理电路、软件滤波等方面对所采集信号的处理问题进行了探讨,并对比分析了FIR和IIR两种滤波器。针对结构简单、耗时短、内存小的IIR滤波器的精度偏低问题,本文提出了一种采用整数与浮点替换式的运算、混合编程和程序结构改进的设计方案。实验表明,该方法的处理时间较原方法缩短了61.29%,数据精度相对可提高两个百分点,满足系统对时间和精度的要求。此外,为了减小测量短节与钻头附近的耦合效应的影响、提高信号传输的效率,本文在井上系统和井下测量系统之间的采用曼切斯特编码编码通信,提出了一种编解码硬件解决方案。     

光纤瞬态高温传感器及动态测试系统

为了解决特殊环境下的瞬态高温测量, 设计了一种基于黑体辐射的光纤高温传感器及动态测试系统。根据辐射测温的基本原理, 结合光纤传感技术, 采用了“接触-非接触”测量方法和光纤光栅窄带滤波技术, 提高了测量精度, 减小了背景光的影响。由于瞬态温度随时间变化快, 动态误差大, 探索了一种利用大功率高频CO2激光器作为激励源, 用激光脉冲加热被校传感器。用测得的温度信号对被校传感器进行可溯源高温动态校准的新方案。实验结果表明, 系统测温范围为800～2000 ℃, 并具有精度高, 响应快, 抗电磁干扰, 性能稳定的特点, 解决了热电偶响应速度慢, 寿命短的缺陷, 为冶金、石油、化工、武器研制等领域的瞬态高温测量提供了一种新的测试手段。     

埋入式光纤模式功率调制传感原理及实验研究——航天smart结构

对 Smart材料 /结构中的光纤传感原理进行了探讨 ,并进行了实验研究。这种新研制的传感器工作原理是基于模式功率调制。远场光强将反映结构内的变形场 ,亦即光纤受到外界加载或扰动后所产生的变形。最后提出了应用多模光纤在编织复合材料 Smart结构中进行远场光强测量的方案 ,建立了实验装置 ,给出了实验结果并进行了讨论。