分布式光纤布拉格光栅在油气管道检测中的应用

阐述光纤布拉格光栅温度应力传感器的工作原理及光栅中心波长的移动探测解调原理,分析光纤布拉格光栅传感器在油气管道监测系统中的应用和前景。     

基于光纤光栅传感的管道滑坡监测方法研究

针对铺设在滑坡体内的管道,提出了基于光纤光栅传感的管道滑坡监测方法。阐述了已知管道上三点应力求最大应力的方法。采用温度自补偿式光纤光栅应变传感器监测管体应力,对传感器测量的5.12汶川地震后管体应力数据进行分析。结果表明:地震对滑坡有显著影响,发生了浅层滑动面的较大位移;管体的应力都有显著增长,但总应力水平还低于预警阈值,尚处于安全状态。     

电能表自动化检定压接端子温升监测系统

提出了一种基于双套管结构光纤光栅封装探头形式,研究了基于该封装探头形式下光纤光栅测量温度的同时屏蔽外力影响;在电能表压接触头上布置双套管结构光纤光栅测温探头,通过光缆及光学分路器将传感器连接,并通过主光缆接到控制室的光纤光栅解调仪上,再通过监控软件对信息进行处理,从而构建了电能表压接温度监测系统;研究表明该系统不仅满足强电磁场环境下对温度监测实时性和精确性的要求,还可以屏蔽外部应力对温度监测的影响;温度监控软件对实时的温度信息处理,可以实现温度的图形显示、列表显示,超温时的报警显示等功能。     

基于双芯光纤级联布拉格光纤光栅的温度与应力解耦双测量传感系统

提出了一种基于耦合型双芯光纤级联布拉格光纤光栅的温度与应力双参数解耦测量的全光纤型传感系统。实验制备了一系列不同长度的双芯光纤滤波器,并测量分析了其自由光谱范围与双芯光纤长度的关系,结果与理论基本一致。实验发现双芯光纤及布拉格光栅对施加应力与环境温度的变化具有不同的光谱响应。利用光谱分析仪实时监测双芯光纤透射光谱波谷处波长及光纤光栅透射谱的波长漂移量,方便地实现了温度与应力的解耦双测量。多次测试发现该传感器对应力与温度响应特性具有良好的重复性,波长误差低于实验所用光谱仪分辨率。对于0.01 nm波长分辨率的光谱仪,提出的全光纤型传感器可以分别实现4.3048με及0.4562℃的应力与温度传感测量分辨率。     

基于光纤布拉格光栅传感器的光纤光栅智能夹层试验研究

传感元件与复合材料的一体化是智能结构研究的最终目标之一。设计一种具有自诊断功能的标准化、模块化光纤智能夹层系统,正是实现这种一体化最有潜力的技术途径。采用聚酰亚胺薄膜制作了基于光纤布拉格光栅（FBG）传感器的光纤光栅智能夹层,对智能夹层中光纤布拉格光栅传感器的应变、温度特性进行了标定试验,并建立了基于光纤布拉格光栅传感器光纤光栅智能夹层的应变、温度测量模型。试验表明,智能夹层内布拉格光栅波长偏移与应变、温度之间具有良好的线性关系。不过在温度测量时,必须考虑被埋人结构的热膨胀效应。利用光纤光栅智能夹层内光纤布拉格光栅传感器网络和先进信息处理技术,可以建立结构损伤主动、在线和实时监测系统。     

基于Bragg光纤光栅传感器的监测系统设计

设计了基于Bragg光纤光栅传感技术的监测系统,当光纤光栅所处环境的温度、应力、应变或其他物理量发生变化时,光栅的周期或纤芯折射率将发生变化,从而使反射光的波长发生变化,通过测量反射光中心波长的变化,就可以获得待测物理量的变化情况.该系统利用薄膜滤波器完成对外界的分布式测量,采用光强度检测,能够实现无缝监测.     

长周期光纤光栅传感器温度和应变灵敏度分析

从耦合模理论出发,分析了长周期光纤光栅的温度和应变灵敏度.结果表明,长周期光纤光栅的温度和应变灵敏度不仅与光栅周期和纤芯参数有关,还强烈依赖于包层参数.通过选择适当的参数,可以制成对温度(或应变)不敏感的应变(或温度)长周期光纤光栅传感器,从而可以解决光纤光栅传感器的温度和应变交叉敏感问题.同时,利用基模与不同包层模耦合时温度和应变灵敏度的不同,可以用一根长周期光纤光栅传感器同时测量温度和应变.     

基于紫外刻写相移光栅的温度应力同时测量传感器

传统光纤光栅传感器存在温度应力交叉敏感的问题,无法同时测量被测物体的温度应力变化情况。针对这种情况,提出一种新型的利用紫外光刻写相移光栅的方法,在刻写光栅前用电极放电的方法去除掉极小一段光纤的光敏性,使光纤原有的均匀周期分布状态被破坏,从而形成相移光栅,并对其进行理论分析。此种相移光栅的透射光谱存在2个明显的谐振峰,利用2个峰对温度和应变灵敏度不同的性质,可以通过建立解调矩阵来实现温度与应力的同时测量。实验结果表明:利用此种方法制成的相移布拉格光栅能够较为精确地实现温度、应力的同时测量,所制作的传感器温度灵敏度最高可达9.51 pm/℃,灵敏度方差低于2.125×10?7,应变灵敏度最高可达0.767 pm/με,灵敏度方差低于2.156×10?10。     

一种监测钢筋腐蚀的光纤光栅传感器的研究

钢筋腐蚀是导致钢筋混凝土结构耐久性劣化的最重要因素之一。钢筋腐蚀将导致钢筋体积大大增加,混凝土保护层开裂、剥落,结构承载力下降,甚至倒塌。基于光纤布拉格光栅应变传感器的原理,根据钢筋腐蚀体积膨胀,提出了一种新的钢筋腐蚀光纤光栅传感器及温度补偿方法。传感器构造是在两根紧靠的钢筋中心附近粘贴光纤光栅,由于钢筋腐蚀体积膨胀,钢筋直径增加将转变成布拉格光纤光栅的应变,从而实现对钢筋腐蚀程度及速率的监测。传感器的监测原理是设置一个钢筋腐蚀光纤光栅传感器来监测由于钢筋腐蚀和温度变化引起的光栅应变,同时单独设置一个不锈钢光纤光栅传感器来测量温度引起的光栅应变。这两个光纤光栅传感器的应变监测,可分离出钢筋由于腐蚀所引起的体积变化。在混凝土结构中埋入封装的传感器,通过监测光纤光栅波长的漂移可以直接测量钢筋腐蚀程度,而且不受腐蚀因素的影响,可用于混凝土结构中钢筋腐蚀的早期监测。最后通过实验标定了钢筋腐蚀率与光栅波长位移的关系。     

基于光纤布拉格光栅的浇注炸药固化温度监测

首次采用光纤Bragg光栅实时测量浇注炸药在固化成型过程中固化剂与粘结剂的反应放热量。为了实时、准确的测量出浇注炸药在固化过程中的温度值,设计了基于光纤布拉格光栅的组网式温度监测系统。鉴于炸药成分的危险性、以及浇注炸药固化过程时间长、对条件要求恒温的特殊性,直接的实时监测一直未找到合适的测量方法。近年来,光纤布拉格光栅由于其优越的特点,在通信和传感领域得到广泛应用。利用光纤光栅与温度之间的线性关系,将采集的光栅反射波长值换算为温度实时显示。通过波分复用技术在两根光纤上写入7个光栅点同时测量,多点分布式测量可以将炸药内部温度的分布趋势显示出来。封装的光栅传感器采用90°弯曲设计,不仅改进了传感器与跳线的连接,同时有利于装入烘箱内。Origin软件将txt数据绘制成曲线图形式,将固化过程温度的变化直观明了的显示出来。结果表明,该方法操作简单,精确度高,满足炸药固化过程中对温度的测试需求。     

基于副载波调频技术的光纤光栅传感网络查询

分析了副载波调频技术用于光纤光栅阵列查询的基本原理。从理论上推算了系统的查询空间分辨率及查询范围,并结合波分复用技术进行了光纤光栅传感网络的地址查询演示实验,同时使用可调谐滤波器对每个光栅信号进行了解调。实验结果很好地说明了该查询方案的可行性,且在单个光栅上的被测应变与可调谐滤波器的控制电压呈较好的线性关系。该系统具备有查询由几百个FBG组成的传感网络的潜在能力。     

基于OFDR/WDM的光纤光栅传感网络研究

应用光频域反射复用技术与波分复用技术,解决了光纤光栅传感网络的寻址问题;使用可调谐滤波器,实现了复用信号的解调;具体地分析了光频域反射复用技术的基本原理,从理论上推算了系统的空间分辨率和测量范围,并进行了3×3光栅阵列传感网络的实验研究. 该方案充分利用了光信号的频率和波长信息,在光源功率足够大的前提下,显示出新设计的传感网络具有寻址和解调几百个光栅信号的潜在能力,在大型建筑设施分布式二维或三维应力监测中有很好的应用前景.     

FBG多功能传感系统集成与应用

为充分发挥光纤光栅(FBG)传感系统复用能力,可同时对传感光路各个传感器的光信号进行有效识别,且为传感器设计和加工提供依据,基于FBG传感原理,从系统集成及复用能力优化的角度,探讨波分复用传感器设计方法,以及节点传感器结构和灵敏度设计原则与标准,并将提出的原则等应用于某实际工程光纤监测系统。传感系统在运行过程中,获得了较为可靠的监测数据,分布式光纤和点式电测技术测试结果相差6%左右,进一步表明临近光纤传感器没有出现传感信号串扰现象,为工程施工和安全维护提供参照。     

Scour monitoring system of subsea pipeline using distributed Brillouin optical sensors based on active thermometry

A scour monitoring system of subsea pipeline is proposed using distributed Brillouin optical sensors based on active thermometry. The system consists in a thermal cable running parallel to the pipeline, which acquires frequency shift of optical sensors during heating and cooling, directly indicating temperature change. The free spans can be detected through the different behaviors of heat transfer between in-water and in-sediment scenarios. Three features were extracted from temperature time histories including magnitude, spatial continuity and temporal stability. Several experimental tests were conducted using the proposed system. The results substantiate the monitoring technique.     

光纤光栅传感技术在成桥检测中的应用研究

在分析的基础上,通过等强度梁试验具体验证了光纤Bragg光栅波长变化与应变的关系,研究了光纤Bragg光栅传感器的布设工艺,并在某大桥的成桥检测过程中成功地布设了36个光纤Bragg光栅应变传感器与5个温度传感器,布设的传感器在成桥检测过程中监测结构层状态。监测结果表明：埋入的光纤Bragg光栅传感器具有很好的传感性能,可以很方便地监测桥梁结构,为桥梁结构的健康诊断提供可靠的依据。     

On the possible use of optical fiber Bragg gratings as strain sensors for geodynamical monitoring

Optical fiber sensors can be used to measure many different parameters including strain, temperature, pressure, displacement, electrical field, refractive index, rotation, position and vibrations. Among a variety of fiber sensors, fiber Bragg gratings (FBG) have numerous advantages over other optical fiber sensors. One of the major advantages of this type of sensors is attributed to wavelength-encoded information given by the Bragg grating. Since the wavelength is an absolute parameter, signal from FBG may be processed such that its information remains immune to power fluctuations along the optical path. This inherent characteristic makes the FBG sensors very attractive for application in harsh environments, “smart structures” and on-site measurements.This paper reviews the achievements about the FBG as a strain and temperature sensor and describes the potential applications of FBG sensors for applications in the field of geophysics and its expected development in the near future. The applications could include: rock deformation, fiber-optic geophone, optical based seismograph, vertical seismic profiling and structural monitoring of civil structures. Different techniques to detect strains and various applications will be reviewed and discussed. The problem of temperature–strain cross sensitivity, that is particularly difficult to eliminate, is addressed and approaches to overcome it are discussed.     

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.     

用于结构损伤诊断的实用型光纤光栅传感器研究

提出了一种适用于建筑结构传感的光纤光栅传感器.用细的不锈钢管匹配叠套方式保护光纤光栅,它能与建筑结构有很好的融合.这样的传感器对应力和温度响应具有良好的线性关系,其线性拟合度达0.9996和0.9985. 分段封装光纤光栅使之具有双反射峰,通过测量两反射峰的漂移能够消除温度交扰效应.     

基于光纤传感器的压缩机状态监测

往复式压缩机是石油化工企业中一种应用广泛的大型动力设备,其故障一般可通过振动和温度异常进行判别。主要介绍了光纤传感器的基本原理,并提出了一种基于Bragg光纤光栅传感器的故障状态监测方法。对某石化企业的往复式压缩机进行了在线监测,对其温度和振动进行监测,结果均符合正常工作指标。