基于光电缆的分布式温度传感网络的实验研究

本文提出增加一根光纤光栅与光电缆绕制在一起,用于监测电缆中的实时温度。采用有限元分析方法,建立了光电缆温度场模型。使用可调谐脉冲激光为光源,在一根光纤上刻制多个相同中心波长的布拉格光栅,即采用全同光栅作为系统的温度传感器,当光电缆线路中温度发生异常时,反射回来的光栅中心波长发生偏移,通过检测反射光中心波长发生的偏移量可以确定光栅温度变化的大小。不同位置的光栅返回光信号所需的时间不同,通过检测和计算光返回的不同时间,可以计算出发生温度变化的光栅位置。实验结果表明,光栅的温度敏感性可以达到11.4pm/℃,光栅的测量温度与实际温度的误差在3%范围内。

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,就可以解调出滑体的位移信息,从而获得滑坡的健康状况和破坏程度,实现对边坡的实时监测。实验结果与理论相符合,在-20～80℃范围内测量精度可达到±0.02mm/200mm,表明本系统能够满足边坡监测的要求。

基于分布式光栅传感网络的矿井坍塌监测研究

针对矿井坍塌事故的发生设计了一种用于对矿井进行监测的分布式光纤光栅传感器。首先利用ANSYS软件对矿井模型进行有限元分析,找出矿井中的不稳定点进行实时监测。将经过特殊设计的光纤光栅位移传感器安装在矿井中的不稳定点处,当矿井中的不稳定点发生异常时就会表现为反射回来的光纤光栅的中心波长发生偏移,根据反射光中心波长的偏移量与矿井不稳定点的位移成明显的线性关系的特点,可以计算出不稳定点的位移值,进而了解矿井的安全状况。实验结果表明光纤光栅传感器的测量精度可达±0.01%。

布喇格光栅人体温度检测系统的研究

采用有限元分析方法,根据人体温度的特性,建立了人体臂膊的温度场数学模型,为医用光纤布喇格光栅(FBG)测量人体温度提供理论依据。设计并实现了一种新的光纤光栅人体温度监测系统,通过对单波长的脉冲激光进行调制,形成超窄带的脉冲激光,高速光电检测系统检测出布喇格光栅的反射谱线,通过ARM信号处理系统分析反射谱线功率谱特性,确定人体温度。实验结果表明,系统检测的温度动态围为28～48℃,测量精度为0.1℃,响应速度为10s,可应用于人体温度高精度监测。