可用于建筑结构检测的分布式光纤形变片

本文在光时域反射计(OTDR)和光纤形变片的基础上,提出了一种分布式光纤传感器-分布式光纤形变片.该检测方法属于OTDR的损耗调制法,即通过测量粘贴于光纤形变片上的光纤弯曲损耗来获取测量点的应变量或位移量.作者分别在微位移架和悬臂梁进行了位移检测和应变检测,结果表明该分布式光纤形变片提供了一种可检测应变量与位移量的检测方法.值得注意的是,该分布式光纤形变片的传感网络采用时分复用的总线拓扑,能在一根光纤上同时检测多个检测点的变化.     

基于光纤传感技术的多股碳纤维复合芯导线隐蔽性缺陷检测

为解决大容量、大跨越输电用碳纤维导线由于隐蔽性缺陷无法检出而导致频繁断线的问题,提出了一种基于光纤传感技术的多股碳纤维复合芯导线隐蔽性缺陷检测方法。该方法通过搭建导线运行环境并模拟导线运行工况,采用基于分布式光纤布里渊散射的时域反射技术,检测碳纤维导线的温度和应变分布情况,并结合光时域反射技术,检测碳纤维导线中光纤的损耗情况。经过综合对比分析,获取可表征多股碳纤维缺陷隐蔽性缺陷的光纤温度、应变、损耗等信号特征量,并构建神经网络模型,将各信号特征量作为模型输入,通过模型训练确定模型内各权系数,使其能够有效地检测多股碳纤维复合芯导线隐蔽性缺陷。实验结果表明,该方法可有效获取各类光纤信号特征量,并且能够准确地检测各类导线隐蔽性缺陷,具有重要的实际应用价值。     

啁啾相移光纤光栅分布式应变与应变点精确定位传感研究

利用啁啾相移光纤光栅狭缝的中心波长对应变点和应变量的波长敏感性,实现应变与应变点精确定位的传感.当啁啾光纤光栅上的某一位置产生微应变时,该应变点会产生相移,其频谱则会出现一个与之对应的狭缝,且狭缝的深度和中心波长与应变的大小和位置相关.当串接不同中心波长的啁啾光纤光栅后,即可实现一定范围内的分布式应变与应变点精确定位检测.本文通过V-I传输矩阵法建立了狭缝深度和中心波长关于应变量和应变位置的理论模型,分析结果表明理论上可以实现微米量级的精确定位.搭建了级联啁啾相移光纤光栅的分布式应变传感装置,实验获得的最大应变灵敏度为0.19 pm/με.该精确定位传感装置在先进制造、精密加工、航空航天、铁路系统等高新技术领域具有重要的应用前景.     

基于布拉格光栅的边坡监测实验研究

提出了一种基于分布式光纤光栅的边坡监测与报警系统.根据强度折减法,利用ANSYS软件分析出边坡的软弱面及滑体所在的具体位置,从而在该处安装经过特殊封装的拉线式光纤光栅位移传感器.滑体的位移通过拉线转换为作用在光栅上的应力,而光纤光栅反射波长与应变具有良好的线性关系,因此通过检测光栅反射光的中心波长的偏移量,就可以解调出...     

光纤双向应变-位移点式传感器

选择不同间距的基片自由端和不同长度的自由悬垂光纤研制了利用光纤弯曲损耗的光纤双向应变-位移传感器.该传感器可分别用于测量应变和位移.实验表明:悬臂梁上的应变标准误差约为～26 με.微位移架上的位移标准误差约～0.06 mm.基本满足建筑结构对测量精度的要求.     

自锁紧式光纤Bragg光栅管式应变传感器

为了便于实现应变传感器两端铠装光缆与传感器自身牢固的连接,提高其在工程中抗拉拽等能力,研制了一种由不锈钢管、法兰盘和自锁紧螺帽等元件制作的自锁紧式光纤Bragg光栅管式应变传感器。光纤光栅通过限位堵头内的环氧树脂固定于不锈钢管内,应变作用于拧在不锈钢管上的法兰盘,带动不锈钢管和粘贴在上面的光纤光栅发生形变,检测出光纤光栅的波长变化量就可以反算出应变的大小。使用万能拉力试验机对其进行拉力荷载试验,结果表明,该传感器的灵敏度为0.45pm/με,线性度为3.71%FS,重复性为7.43%FS,迟滞性为3.85%FS。     

基于GIS和OTDR的光纤智能监控系统研究

为了提高光纤故障处置效率,设计了一种基于GIS和OTDR的光纤智能监控系统。介绍了系统的总体技术架构和软件功能框架。采用小波分析技术,提取OTDR曲线中的事件信息,找出故障点位置。将故障点的光纤长度数据转换为经纬度数据,并结合光缆拓扑结构和GIS系统,将故障点在电子地图上实时显示并告警。经过系统测试,结果表明：系统的OTDR损耗分辨率达到0.01dB,动态范围为34dB~45dB,监测响应时间为5ms;故障定位误差小于10米,告警时间为2ms,完全满足光缆应急处置要求。     

分布式传感光纤应变和温度同时标定方法

为了实现分布式传感光纤应变和温度响应系数的快速准确标定,提出了应变和温度同时标定法.利用恒温装置控制传感光纤和金属管的温度,利用金属管的线性热膨胀对缠绕其上的分布式传感光纤施加应变,通过恒温装置中的松弛传感光纤补偿金属管上传感光纤的温度,共同实现应变和温度的同时、快速、准确标定.利用恒温水浴和不锈钢管进行了单模裸纤布里渊频移应变和温度响应系数的标定实验,应变标定跨度620με,温度标定范围35~75℃,得到单模裸纤布里渊频移的应变和温度响应系数分别为0.048 MHz/με和1.06 MHz/℃.结果表明该方法可用于小直径分布式传感光纤的应变和温度同时标定.     

弯曲增敏型光纤曲率传感器机理的研究

近年国外出现一种直接检测弯曲的低成本光纤曲率传感器,采用弯曲增敏技术提高光纤对弯曲的灵敏度。这种传感器的线性范围宽,能区分正向弯曲和负向弯曲,在测量较大弯曲变形的场合更具优势;并且适合埋入结构内部检测,通过转换还可测量轴向应变。然而其传感机理方面的研究仍处于探索阶段。通过分析光辐射度余弦定律理论、回音壁光线理论、沟槽角度理论等国内外对该传感器机理的研究成果,并基于平面波导的光散射损耗理论,提出了光纤曲率传感器的机理。指出弯曲引起光纤敏感区表面散射损耗的改变是导致光传输损耗改变的原因;推导出损耗与光纤弯曲半径、表面特性、光纤结构参量关系的数学模型,并通过实验验证了模型的有效性。     

分布式光纤拉曼温度传感器的对称解调

提出了一种用于分布式光纤拉曼温度传感器的对称解调新方案,采用瑞利散射光时域反射仪(OTDR)曲线解调光纤的反斯托克斯散射光时域反射仪曲线。首先将测量温度范围分成数段,用传统解调方法获取待测温度,然后判断该温度属于哪段内,最后用该对称的数段边界标定温度解调得到偶数个温度测量值,取平均值作为测量值。该方法提高了系统的测温精度和稳定性,系统的测温误差在±0．05℃内,空间分辨力1 m。实验结果与理论分析一致。     

A Strain Sensor Based on OTDR for Gas Trunk Pipelines

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｔｈｅｌａｎｄｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅｅｆｆｅｃｔｏｎｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｐｉｐｅｌｉｎｅｉｓｓｅｖｅｒｅ ,ｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｓｅｐｉｐｅｌｉｎｅｓａｒｅｕｓｕａｌｌｙｂｕｒｉｅｄｂｅｌｏｗｇｒｏｕｎｄａｂｏｕｔ1 .5ｍ .Ｆｏｒｅｘａｍｐｌｅ,ｔｈｅａｖｅｒａｇｅｈｅｉｇｈｔｏｆｌａｎｄｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅｉｓ 50～ 1 0 0ｍｍｉｎＸｉｑｉｎＤｉｓｔｒｉｃｔ,ａｎａｃｔｉｖｅｓｕｂｓｉｄｉｎｇｒｅｇｉｏｎｉｎＴｉａｎｊｉｎ .Ｔｈｅａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ…     

Distributed optical fiber bi-directional strain sensor for gas trunk pipelines

In this paper, we designed an optical fiber bidirectional strain gauge bonded on each single detecting point. Based on detecting single point of markedly different value from the remainder of the fiber, the loss-modulation approach is appropriately applied to monitoring the strain/deflection of pipelines in OTDR. It is worth noting that the distortion of pipelines can be measured partly by detecting the strain at the joint suitable to monitor gas trunk pipelines. The key technology for measuring both tensile strain and compressive strain is the pretreatment of bending the optical fibers on the two pairs of bending points, which can be identified by optical time domain reflectometer (OTDR) if inserting time delay optical fiber.     

A Strain Sensor Based on OTDR for Gas Trunk Pipelines

A strain sensor based on optical time domain reflectometer (OTDR) was designed, in which an optic fiber is bonded on each detecting point. It is worth noting that the distortion of pipelines can be measured partly by detecting the strain at the joint of gas trunk pipelines. Based on detecting single point strain of markedly different from the remainder of the fiber, the loss-modulation approach is suitable to monitor the distortion of gas trunk pipelines.     

基于光时域反射计的全分布式光纤漏油传感器

报道了一种基于光时域反射计的全分布式光纤漏油传感器,该传感器能实现分布式实时监测长输油管道,及时发现小型的漏油事件.传感器沿管道铺设,利用光时域反射计实时测量光纤在长度上的损耗变化特点,及时发现并定位管道上的每一处泄漏事件.模拟实验证明了其实际操作的可行性,长期使用的稳定性和各种抗干扰性,能在15 min内发现并定位漏油事件,且定位准确度为3 m.     

Investigation of a coated optical fiber strain sensor embedded in a linear strain matrix material

A theoretical model has been developed to study the mechanical behaviors of the interface between an embedded optical fiber with coating material and a linear strain matrix. The results show that the longitudinal stress and strain in the fiber optic sensor are different from that distributed in the host material and depend on the strain distribution and embedded length of the optical fiber as well as the material properties of the fiber coating. The distribution of interfacial shear strain between the coating and the glass fiber and the distribution of strain/stress of the glass fiber are given.     

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。     

Effect of the finite extinction ratio of an electro-optic modulator on the performance of distributed probe-pump Brillouin sensor systems

The effect of the finite extinction ratio of an electro-optic modulator (EOM) on the Brillouin frequency measurement of a distributed Brillouin-based fiber optic sensor is studied. An EOM with a finite extinction ratio limits the application of Brillouin optical time domain analysis in a distributed Brillouin-based fiber optic sensor. This results in confusion in specifying the location of the strained region and in error in detecting the Brillouin frequency and hence in strain and temperature measurement.     

Shaft runout inspection by a fiber optic displacement sensor

A reflective fiber optic displacement sensor has been developed and calibrated to gauge form and axis position of shafts during rotation. A technique has been implemented to determine the deviation of the actual shaft form from its nominal circular cross section (the off-round error) and the departure of the rotation axis from the geometric axis (the eccentric error). The sensor is simple, has acceptable accuracy for applications to mechanical engineering, is capable of monitoring shafts during rotation, and has potential for gauging parts on the production line.     

偏振模耦合分布式光纤传感器空间分辨率研究

分析了偏振模耦合原理的分布式光纤传感器的自相干与互相干光；实验测量的干涉光证明了理论分析是正确的；利用偏振模耦合原理传感与白光干涉检测的分布式光纤传感器的空间分辨率是由光纤偏振色散系数与光源的谱宽决定的；由实验测量的偏振模耦合分布式光纤传感器的空间分辨率为6cm. 关键词： 光纤传感器 保偏光纤 空间分辨率 偏振模耦合