NbTi、Nb_3Sn超导线拉伸性能研究

超导线材的力学特性是决定超导线使用性能的主要因素之一.超导电缆绞制过程中的张力、扭矩,和电缆载流时产生的电磁力都会使超导线发生各种应变,从而对其临界性能造成影响.因此研究单根超导线的力学性能对分析预测超导电缆的临界性能有重要参考意义.本文主要对以Nb系低温超导材料为基础的NbTi、Nb3Sn超导线在不同温区进行了拉伸实验,测得不同种类、不同状态的超导线在不同温度下的杨氏模量和抗拉强度.并对部分实验结果进行了对比分析和数值拟合.     

FBG温度传感器增敏封装技术及实验研究

介绍了FBG(光纤布拉格光栅)温度传感器测温的基本原理和封装方法,提出一种新型的FBG温度传感器的封装技术,包括封装结构的设计及封装材料的合理选择,目的是提高FBG的温度敏感系数和消除应力的交叉影响。通过对裸光纤和封装后FBG温度传感器的温度特性、应力影响等进行对比实验研究,在5℃至90℃温度范围对FBG的反射波长进行了测量,结果表明:采用此法封装后的FBG温度传感器对温度具有很好的线性度和重复性,基本上消除了应力的影响,可以准确监测温度,测温范围为-15℃~200℃,精度达到±0.05℃。     

光纤光栅实时测温传感器在高压电缆测温中的优化设计与应用

高压电缆的温度会严重影响电缆的使用，通过表皮温度监测线芯内部温度情况，具有重要的意义。利用光纤光栅温度传感器，可以实现电缆温度的精确测量，通过分析其工作原理和解调机制，证明温度和光纤光栅中心波长具有一定线性关系。通过形状因子改进三芯电缆的标准关系，实现线芯温度与表皮温度间的方程构建，并证明其准确性。搭建光纤光栅实时测温系统，通过标定实验和误差分析，证明测温系统的有效性。通过实验验证，证明该测温系统能够有效实现高压电缆的温度测量，并对于异常状态电缆进行辨别。     

基于预应力的超低温漂光纤光栅封装技术实验研究

提出了一种基于预应力的超低温漂光纤光栅封装方法并进行了实验测试,通过分析光纤光栅的应力和温度交叉作用的原理,结合硬铝材料和石英管材料不同的膨胀系数,在光纤光栅上施加预应力的结构来解决光纤光栅温度补偿问题;通过设计和制作含预应力的封装结构产生负温度效应的方法,使封装的光纤光栅实现光纤光栅中心波长超低温度漂移。实验结果表明:在温度为20～80℃的测试范围内,这种封装结构可实现光纤光栅0.0002nm/℃的超低温度漂移,而且具有良好的稳定性和一致性。     

基于光纤光栅测温的电缆低温试验分析

介绍了光纤光栅测温技术用于电缆的低温温度场监测试验,为高寒低温区等区域实现对电缆及周围环境的温度数据实时远程采集提供了新的方案,增强了电缆运行系统的安全性、可靠性、可控性。     

混合聚合物光纤光栅封装元件的温敏实验

用两种不同聚合材料按一定比例均匀混合后对光纤光栅进行封装处理,并对其进行了温敏实验.实验表明,光纤光栅封装元件在20℃～80℃常温区,具有良好的线性温敏性;而在100℃～300℃高温区,则具有较好的温度不敏感性,与裸光纤光栅的温敏性接近.     

混合聚合物光纤光栅封装元件的温敏实验

用两种不同聚合材料按一定比例均匀混合后对光纤光栅进行封装处理,并对其进行了温敏实验.实验表明,光纤光栅封装元件在20 C～80 C常温区,具有良好的线性温敏性;而在100 C～300C高温区,则具有较好的温度不敏感性,与裸光纤光栅的温敏性接近.     

基于FBG的直流高温超导电缆失超检测

高温超导电缆输电具有损耗小、传输密度高、无电磁污染等特点,越来越受到各国的重视。但是当超导电缆发生失超故障时,产生的焦耳热会影响电缆的绝缘,使电缆无法正常运行。快速准确的失超检测就显得尤为重要。设计制作了一条高温超导电缆的模型,并搭建了高温超导电缆的测温与保护平台,采用光纤光栅测温对其失超之后铜骨架的温度变化进行测量,结合理论分析与仿真计算,论证了光纤光栅能满足对于高温超导电缆失超检测的要求。该方法具有反应速度快、结构简单的特点,可用于检测采用Triaxial结构和实心骨架的高压交直流超导电缆失超故障,为高温超导电缆的失超检测技术的实际应用提供了参考依据。     

材料封装型光纤布拉格光栅宽温域应变传感性能研究

针对用于高温油气井下的光纤布拉格光栅(FBG)传感器弹性封装材料宽温域应变问题,将奥氏体不锈钢材料和试制的铌基恒弹合金材料设计加工成弹性应变元件,并将FBG粘贴于其上封装成传感器.在30～250℃宽温域范围内对两个传感器施加拉力进行应变传感实验,对比研究了两种材料的应变传感性能.结果 表明:两种合金材料在不同温度下的应变响应线性度均超过0.999;但随着温度的升高,两种合金材料的应变响应灵敏度有下降趋势,重复性降低,迟滞增大,温度影响弹性材料的应变传感性能;在30～250℃温度范围内,用试制的铌基恒弹合金材料封装的传感器在重复性、迟滞、线性拟合度和灵敏度稳定性方面均优于奥氏体不锈钢材料封装的传感器.因此试制的铌基恒弹合金可用于宽温域FBG传感器的弹性封装材料.     

聚合物封装的高灵敏度光纤光栅温度传感器及其低温特性

介绍了一种新型的光纤光栅温度传感器。这种光纤光栅温度传感器使用了特殊的工艺将光纤布拉格光栅封装于一种热膨胀系数较大的有机聚合物基底中 ,使得传感器的温度灵敏性比裸光纤光栅提高了 12 .3倍 ,其温度灵敏度系数KT 达到 82 .6 9× 10 -6/℃。在 - 80～ 0℃的低温度范围内 ,对这种新型光纤光栅温度传感器的反射谱进行了测量。研究了这种新型光纤光栅温度传感器的低温特性 ,并与裸光纤光栅和铝基封装的光纤光栅进行了比较 ,结果表明这种新型的光纤光栅温度传感器具有很好的低温响应特性。     

Determination of thermal residual strain in cabled optical fiber with high spatial resolution by Brillouin optical time-domain reflectometry

The thermal residual strain induced in the cabled optical fiber is a very important factor for evaluating the reliability of optical fiber cables. In order to determine the distributed thermal residual strain in cabled optical fiber, a measurement method based on Brillouin optical time-domain reflectometry (BOTDR) system is proposed in the article. Thermal characteristics of residual strain along cabled optical fibers are investigated theoretically and experimentally based on Brillouin frequency shift (BFS) detection. The thermal residual strain along the cabled fiber, if any, can be determined with a high spatial resolution that is equal to that of the BOTDR system and can be less than a few meters. A double-coated fiber in loose optical cable was used as the test cabled optical fiber, and the experimental results were in good agreement with those predicted from the theory. It has been found that the fiber residual strain increases linearly with decreasing temperature in the range from 50 to ?50 °C.     

光纤光栅在干式空心电抗器固化中的测温研究

采用埋入式光纤Bragg光栅温度传感器,实现了对干式空心电抗器固化过程中各包封层的温度监测。在制作过程中,将温度传感器埋在干式空心电抗器导线外包封表面,连接光纤从电抗器上沿引出。电抗器绕线与包封完成后放入干燥室内固化,监测电抗器各包封层在固化过程中的温度变化。通过监测得到了电抗器各包封温度变化的曲线图,当炉温示值稳定在140℃时,各包封温度低于预期,分布在105~125℃之间,且由外向内逐渐降低。通过对干式空心电抗器固化过程中的温度进行监测,可实时了解并改进干燥固化过程中出现的问题,对保证电抗器的质量及安全具有重要意义。     

内封光纤高温超导CORC©缆线电磁特性仿真研究

内封光纤高温超导 CORC?? (Conductor on Round Core) 缆线在传统 CORC?? 缆线结构的基础上, 将光纤嵌于铜芯骨架内, 不仅能够保持原有集束缆线表面形貌的完整性, 还能通过外置分布式光纤传感解调设备, 实现对缆线失超的快速检测. 然而, 改变缆线结构有可能引起缆线电磁特性发生变化, 继而影响高场磁体的设计与应用. 本文以高温超导CORC?? 缆线为研究对象, 采用有限元仿真技术研究了直流供电的内封光纤CORC?? 缆线在正常运行工况下的电磁场分布特性, 通过对比普通CORC?? 缆线, 分析了内封光纤对CORC?? 缆线电磁性能产生的影响. 研究结果表明, 两种缆线在正常运行工况下的电流密度及磁通密度分布特性较一致, 初步论证了内封光纤高温超导CORC?? 缆线在高场磁体应用的可行性.     

一种双臂型低温导热带的性能研究

详细介绍了低温导热带的设计特点。从理论上分析了低温导热带的冷量传输性能和减振特性,得到通过利用高导热率材料可以有效地减小导热温差和降温时间。通过实验验证了低温导热带与制冷机和高温超导滤波器的耦合实验,耦合温差为2.5K。实验结果和理论值基本吻合,分析了造成温差的原因。根据实验结果,提出了新的改进和实施方案。     

一个新型的基于全光纤Mach-Zehnder干涉仪BOTDR系统

报道了新型的分布式传感测量布里渊光时域反射(BOTDR)系统.布里渊散射频移和强度均依赖于温度和应变,因此,BOTDR利用光纤中的自发布里渊散射作为测量信号可以实现分布式温度和应变测量.在BOTDR中,光源采用窄谱半导体激光器,并由声光调制器调制成脉冲光,经掺铒光纤放大器放大后,注入测试光纤以产生自发布里渊散射.利用双通Mach-Zehnder干涉仪分离光纤背向散射中的自发布里渊散射与瑞利散射信号,实现了自发布里渊散射的直接检测.实验结果表明基于全光纤Mach-Zehnder干涉仪BOTDR方案是可行的.     

基于多项式拟合法的低温监测系统

随着空间技术和超导技术的不断发展,绝缘材料在低温下的电气特性备受关注.针对低温环境中绝缘材料电气性能测试系统,研制了一套采用铑铁温度传感器和铂电阻温度传感器作为感温元件的低温监测系统,并利用多项式拟合的方法有效的对铂电阻温度传感器和铑铁温度传感器的R-T关系曲线进行拟合,从而较精确处理采集数据,达到对试验区域多点温度的...     

带温度补偿的分布式光纤温度传感系统设计

针对分布式光纤温度传感系统(Distributed Optical Fiber Temperature Sensing System,DTS)在线测温精度不高的问题,提出了使用光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)解调仪对DTS进行温度补偿。对不带温度补偿的DTS进行了温度测量和数据分析,证明了进行温度补偿的必要性。设计了带温度补偿的DTS并进行了温度测试。实验结果表明,在使用FBG解调仪对DTS进行温度补偿后,DTS的温度精确度可以达到0.3℃。     

Origin of temperature dependence of microbending attenuation in fiber optic cables

Abstract

Temperature-induced changes in the attenuation of multimode optical fiber cables are shown to be caused by mismatch between the thermal expansion coefficients of the fiber and the cabling materials. A quantitative theoretical model of low temperature loss, based on the formation of fiber microbends by microvariations in the jacket concentricity, is described. This model applies to tightly jacketed, soft buffered cable designs. An equation relating the low temperature optical attenuation to cable parameters is derived using this model. Good agreement is obtained between this theoretical prediction and experimental results. The theoretical model is used to compare the effectiveness of different cable designs on reducing excess loss at low temperature.     

光纤分布式测温系统中基于迭代法的高准确度温度解调算法

提出了一种利用喇曼散射原理的光纤分布式测温系统中基于迭代的高准确度温度解调算法.针对于常规的反斯托克斯-斯托克斯双光路比值的温度解调算法,该迭代算法进一步校正了光纤中双光路衰减系数差对温度敏感带来的温度测量误差,尤其适用于中距离且温度场复杂的测温环境,实现了高准确度的温度测量.通过理论分析确定了该迭代法的迭代格式,测量了相应的光纤参量,并在传感样机上编写相应的代码通过实验予以验证,在0～90℃温度范围,5km测量长度输出的测温曲线符合预期的测温效果.     

A novel time-division multiplexing fiber Bragg grating sensor interrogator for structural health monitoring

A novel fiber Bragg grating (FBG) sensor system for measurement of strain and temperature is proposed in this paper. The proposed sensor technique is based on time-division multiplexing (TDM). A semiconductor optical amplifier (SOA), connected in a ring cavity, is used to serve as a gain medium and switch. The SOA is driven by a pulse generator, which operates the SOA at different periods of time to select reflected pulses from a particular sensor. The FBG sensors have identical center wavelengths and can be deployed along the same fiber. This technique relieves the spectral bandwidth issue and permits the interrogation of up to 100 FBGs along a fiber, if the reflectivity of the individual sensors is sufficiently low to avoid shadowing effects. This system is particularly suitable for the application in structural health monitoring (SHM) where large numbers of sensors are required in wide measurement ranges.