影响压力传感器温度特性的因素分析

压力传感器性能易受温度变化的影响,从而增加了测量结果的误差。文中通过对压力传感器工作原理及结构的介绍,理论分析了影响压力传感器温度特性的因素,并建立一套压力传感器变温校验系统,进而通过实验说明了温度变化对压力传感器信号输出的影响。同时,也对目前国内在低温环境下压力传感器的应用及研究情况进行了介绍。     

一种基于BOTDA与FBG传感的共线温度测试技术

根据大型结构全尺度分布式高精度温度测量要求,组合应用布里渊时域分析(BOTDA)技术和光纤布拉格光栅(FBG)温度传感技术,设计了一种由BOTDA分析仪、FBG解调仪、共线传感探头和光开关组成的温度传感测试系统。实验测试证明,该系统具备大范围分布式温度测量与局部高精度温度测量功能,而且实现了BOTDA测温技术与FBG温度传感技术的有效互补,解决了测量范围和测量精度的矛盾问题,并且具有良好的温度重复性,达到了预期的设计要求。该共线测试技术方案在大规模结构温度监测中具有广阔的应用前景。     

脉冲编码瑞利布里渊光时域分析温度传感技术

瑞利布里渊光时域分析系统(BOTDA)存在信号小、噪声大的问题,会导致系统空间分辨率与信噪比难以同时提高。将脉冲编码技术引入瑞利BOTDA系统,可在不降低空间分辨率的前提下有效地提高系统信噪比和布里渊频移测量精度。分析了瑞利BOTDA温度传感系统的原理,介绍了Golay互补序列的特性,并给出了单脉冲和编码脉冲系统的信噪比表达式;搭建了单脉冲和脉冲编码瑞利BOTDA温度传感系统,测量了单脉冲瑞利BOTDA系统的温度传感特性及脉冲编码瑞利BOTDA系统的空间分辨率和温度测量精度。实验结果表明,由瑞利BOTDA系统获得的布里渊频移与温度呈良好的线性关系,温度系数为(1.109±0.010)MHz·℃-1;当采用10ns脉冲宽度、64bit格雷编码时,在1.77km光纤的加温段上实现了空间分辨率为1m、温度测量精度为1.39℃的传感测量。     

支持多种温度传感器的多通道低温测量系统的设计

中性束注入(Neutral Beam Injector, NBI)系统的低温泵上必须设置一组温度测量点以监控其工作状态。为满足NBI温度测量需求,设计了一种支持多种温度传感器的多通道低温测量系统。系统采用24位Σ-Δ模数转换(Analog-to-Digital Converter, ADC)芯片AD7193执行模数转换,采用控制器STM32F103ZET6控制设定恒流源、切换测量通道、ADC、以太网通信、串口通信、温度数据处理以及其他控制电路。该温度测量电路的设计可以用于由恒流源驱动的四线制低温温度测量领域。     

油气井下光纤光栅温度压力传感器

温度和压力是石油开采过程中重要的参数,但油气井下高温高压环境苛刻,传统电子传感器很难实现长期稳定的工作。本文提出了一种基于碳纤维管增敏型的光纤光栅温度压力传感器。该传感器是以碳纤维丝编织成的中空管状结构作为骨架,通过耐高温环氧树脂固化成复合碳纤维管作为弹性体,并将表面嵌入耐高温光纤布拉格光栅作为感知元件,实现了井下温度和压力的同时测量。实验结果表明,该传感器可以在0～150℃和0～80 MPa环境下稳定工作,压力灵敏度最大可达到-50.02 pm/MPa,同时表现出很好的线性响应。通过外加参考光栅作为温度补偿光栅,解决了温度和压力同时测量过程中的交叉敏感问题,满足了井下开采过程中的精度要求,为油气井下高温高压光纤传感器的设计提供了实验依据。     

TDLAS测量CO2的温度影响修正方法研究

可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术测量CO₂浓度时,由于测量氛围温度变化的影响引起气体吸收谱线的线强和线型发生变化,最终导致浓度测量存在较大误差。为了克服温度变化对浓度测量的影响,选用中心波长在1 580 nm的DFB激光器,基于直接吸收法,模拟电厂尾部烟道内的高浓度二氧化碳气体环境,研究了在常温(298 K)和变温(298~338 K、间隔10 K)不同温度工况下CO₂浓度的测量。结果显示,常温浓度测量的最大相对误差为-5.26%,最小相对误差为1.25%,相对误差均方值为3.39%,验证了TDLAS测量系统在常温下有着良好的测量精度和稳定性,但其在变温测量时浓度测量结果误差较大,其最大相对误差已经超过25%。为了修正温度变化对浓度测量结果的影响,适应工业测量的需要,在变温测量基础上利用最小二乘法拟合出测量系统在不同温度下的浓度与气体吸收的修正关系式。经过修正后,CO₂浓度测量的相对误差降到5%以下,相对误差均方值降到3.5%以下。修正结果表明,所提出的修正方法可以有效抑制温度变化对浓度测量结果的影响,显著提高了测量系统在变温环境下的测量精度和稳定性,为TDLAS系统测量CO₂浓度的现场应用提供了理论支持和技术保障。     

HL-2Aװ��ECE����ϵͳ�궨�о�

在HL-2A装置的电子回旋辐射(ECE)外差测量中,为实现电子温度剖面分布的绝对测量,采用双温度法和磁场扫描法分别对扫频和多道ECE测量系统进行了标定,获得了各道间的相对标定系数,并利用等离子体中心道Thomson散射测量的电子温度对ECE测量系统进行了绝对标定。结果表明,这两种方法都能实现可靠的标定,并对两者的优劣进行了比较和讨论。     

面向冰盖剖面的高空间分辨率分布式光纤测温系统设计

针对现有冬季冰盖垂直剖面温度检测技术的不足,设计了一种具有高空间分辨率的分布式光纤测温系统,介绍了系统的测量原理和总体结构,提出使用反卷积校正算法,避免了因受系统有限带宽影响而导致的测温不准,从而提升空间分辨率。同时进行了相关测温实验。该算法可以在保证温度测量精度的前提下,将系统的空间分辨率从1.3 m提升至0.5 m。设计了一种具有垂直高分辨率的温度测量装置,可以精确检测冰盖内部垂直方向上的温度变化,实现对冰盖厚度的识别。     

微纳光纤高温压力传感器

提出了一种基于飞秒激光加工技术制作的微纳光纤高温压力传感器。用飞秒激光在光纤端面加工出法珀腔,制作出的全光纤法珀干涉型压力传感器,从室温到1100℃范围进行了压力温度试验。在不同温度下,压力传感器都有良好的线性输出特性,短时间工作温度超过1100℃,能够满足高温环境下压力测量的需求。     

一种提高分布式光纤测温系统空间分辨率的线性修正算法

由于分布式光纤喇曼测温系统带宽不足,导致系统的空间分辨率低;当光纤的感温区域长度接近空间分辨率的时候,系统温度响应幅值不够,导致测温不准.为解决此问题,本文提出了一种线性修正算法;在分析温度与喇曼比值关系及系统的频率响应特性的基础上,建立了该算法的数学模型,搭建了基于单模光纤的10 km分布式测温系统,并利用该算法进行了相关测温实验.实验结果与理论分析一致,该算法能有效修正3~6 m光纤的温度响应幅值,使系统测温准确度达1℃,测量时间为40 s.本算法在不增加效系统成本的同时,克服了系统带宽不足,优化了空间分辨率、温度分辨率及测量时间.     

光纤超声传感器及应用研究进展

光纤超声传感器通过检测光纤内传输光的强度、波长、相位、偏振态等参数感知超声波的相关信息.相比于传统的电类超声换能器,光纤超声传感器能够实现宽频带超声波信号的高灵敏探测,且其良好的抗干扰能力和复用性,可有效地提高超声波探测的可靠性和效率,在水下国防安全、生物成像、无损探伤、地震物理模型成像等领域具有巨大的应用潜力.目前,按照传感结构,光纤超声传感器可分为光纤强度调制型、光纤干涉型和光纤光栅型,并在不同方面发挥着各自的优势,均受到关注.本文主要综述了这几种传感器的传感机理、实现方法、发展现状,总结了光纤超声传感器的几个应用领域及面临的科学技术挑战,重点讨论了光纤超声传感器作为一种新技术应用于地震物理模型成像.     

长距离分布式光纤传感技术研究进展

分布式光纤传感技术是光纤传感领域的重要组成部分,具有以下突出优势:无需在光纤上制作传感器,传感光纤集传感与传输于一体,可实现远距离、大范围的传感与组网;可连续感知光纤传输路径上每一点的温度、应变、振动等物理参量的空间分布和变化信息,单根光纤上能获得多达数万点的传感信息.由于在长距离连续传感方面具有不可替代的优势,分布式光纤传感技术在周界安防、石油电力、大型结构等领域的安全监控方面具有非常广阔的应用前景.本文主要介绍电子科技大学光纤传感与器件研究团队在长距离分布式光纤静(布里渊光时域分析仪)、动(相位敏感型光时域反射仪)态参量传感技术取得的研究进展,包括基础与应用研究两个方面.     

光纤microphone的理论与实验研究

本文提出了一种新型的反射式光纤ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ ,它把反射式光纤传感探头应用于传统的麦克风上,来实现对声波的调制．本文从理论和实验两方面给出了反射式光纤ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ的光强调制函数,并对反射式光纤ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ系统进行了研究．     

Schemes of a fiber-optic multiplexing sensor array based on a 3 X 3 star coupler

A Michelson-based fiber-optic low-coherence interferometric quasi-distributed sensing system permitting absolute length measurement in a sensor array is proposed. The main part of the sensing system is a fiberoptic 3 x 3 star coupler. The architecture of fiber-optic sensors can be easily realized as a linear sensor array, twin sensor arrays, or a loop sensor array. The proposed sensing scheme will be useful for the measurement of strain distribution. An important application could be deformation sensing in smart structures. A six-sensor array is demonstrated experimentally.     

一种具有声低通滤波特性的无源零差光纤水听器

报道了一种新颖的具有抗混叠功能的无源零差迈克耳孙型光纤水听器.它由一个普通的芯轴型光纤水听器和一个圆柱型亥姆霍兹共振器构成.在驻波罐中对其声压相位灵敏度频响进行了测量,结果表明该光纤水听器具有较好的声低通滤波特性,能有效地抑制声信号中的高频成分,从而实现抗混叠滤波.该光纤水听器的低频声压相位灵敏度主要由传感光纤长度和弹性增敏层的物理特性决定,约为-159 dB(0 dB=1 rad/μPa).在1150 Hz附近出现了一个共振峰,这主要由圆柱型亥姆霍兹共振器的声学特性决定.1150～2280 Hz频段内的灵敏度衰减率约为50 dB/倍频程,1500 Hz以后的灵敏度衰减量大于10 dB.这对于提高我国未来声纳系统的抗干扰能力具有十分重要的意义.     

Generation and detection of optical vortices using all fiber-optic system

We demonstrate simultaneous generation, propagation and detection of optical vortices using all fiber-optic system. A fiber-optic Y-coupler was used for generating spherical and doughnut beams, simultaneously. Gaussian (TEM₀₀) beam emitted from CW red He-Ne laser is coupled into the fiber coupler and is converted into vortex beam via second arm of fiber which propagates with azimuthal phase dependence having well defined orbital angular momentum. The phase structure of vortex beam was detected by interfering both the beams using simple fiber-optic interferometer. The present all fiber-optic system might find application for detecting, sensing physical parameters and is simple and cost effective for generating and detecting optical vortices.     

一种用于变压器局部放电在线监测的光纤声发射传感器实验研究

提出了一种光纤声发射传感器并构建传感系统实现变压器局部放电在线监测,利用传感光栅体积小,重量轻,灵敏度高和抗电磁干扰的特点,将传感器置于变压器内部实现局部放电声发射信号的测量。研究了传感光栅实现声发射应力波测量的机理,声发射信号引起传感光栅反射光谱发生漂移,导致特定频点处反射光强发生变化,通过反射光强的变化实现声发射信号的测量。构建声发射传感系统实验模型并提出了一种系统性能优化策略,使系统工作在传感光栅反射光谱上升或下降沿的半峰值频点处,从而保障传感系统具有良好的线性输出特性;研究传感系统工作点稳定技术,设计信号反馈回路自动跟踪反射光谱的漂移,保证系统稳定工作在传感光栅半峰值频点处,消除温度变化对传感系统测量精度的影响。将封装好的传感器用于变压器局部放电现场检测,结果表明,光纤光栅声发射传感器与压电传感器相比具有灵敏度高、动态范围宽等优点,可以实现变压器局部放电在线监测。     

Two-loop-based low-coherence multiplexing fiber-optic sensor network with a Michelson optical path demodulator

A two-loop-based low-coherence multiplexing fiber-optic sensor network is proposed and demonstrated. It greatly extends the multiplexing capacity of this kind of sensor. A practical implementation of this scheme uses a popular amplified spontaneous emission light source and standard single-mode fiber, which are commonly used in the communications industry. The sensor's two-loop topology is completely passive. Absolute length measurements can be obtained for each sensing fiber segment for use in measuring the quasi-distribution strain or temperature. For large-scale smart structures this technique not only extends the multiplexing potential but also provides a redundancy for the sensing system. This means that the two-loop sensor network can break down at several points and the sensing system will still work even if some of the embedded two-loop sensors have been destroyed. The robustness of the nine-sensor two-loop sensing network is investigated and discussed.     

光纤化学传感技术研究近况

光纤化学传感器作为传感器的一个重要分支,结合了化学和光学的相关技术,将化学制膜、光纤技术以及化学分析中的分光光度法、拉曼光谱、荧光光谱、折射率检测等方法相融合,以其微型化,抗电磁干扰,传输信息量大,拥有自身参比等特点不断向前发展。简要综述了光纤化学传感技术研究近况和未来的发展趋势。重点对光纤pH化学传感器、光纤离子化学传感器和光纤气体化学传感器进行了介绍。简要分析了常见的敏感膜制备方法如化学键合法和溶胶凝胶(sol-gel)等方法。新型光纤——微结构光纤的出现为光纤化学传感器开辟了新的发展方向。由于其具有大的内表面积,结构设计灵活多样,光纤内部提供感应场所等特点,快速度成为光纤化学传感器的重要发展方向和研究热点。对微结构光纤衍生而来的新型光纤化学传感器进行了详细评述, 最后对光纤化学传感器的未来进行展望。     

全光纤电子电流互感器技术探讨

随着输电电压升高到超高压、特高压,传统的基于电磁感应机理的电流互感器技术已暴露出越来越多的内在的、难以克服的缺点。因此,用电子电流互感器取代传统的电流互感器已是大势所趋。特别是目前在电力系统大力推进智能电网技术的形势下,电力系统对全光纤电子电流互感器技术的需求日趋增长。此外,在高频电流及微弱电流测量方面全光纤电流传感技术也有重要应用。在简要介绍全光纤电流传感技术的概念、基本分类之后,阐述了目前全光纤电流互感器技术实用化过程中遇到的主要技术障碍,探讨了可能的解决办法,介绍了光纤Bragg光栅、量子点掺杂光纤及光纤纳米线/微米线等新兴技术在光纤电流传感器中的应用。