基于光纤传能技术的高压电缆绝缘自动监测方法

针对现有高压电缆绝缘监测方法在实际应用中存在监测精度低的问题,本文引入光纤传能技术,开展高压电缆绝缘自动监测方法设计研究,并利用光纤传能技术采集高压电缆绝缘信号,完成对其非线性最小二乘拟合处理。在此基础上,结合采集的参数计算高压电缆绝缘电阻,再引入STM32微处理器,实现自动监测高压电缆绝缘。实验证明,新的监测方法可得到更高精度的监测数据,为高压电缆运行与维护方案的制定提供更可靠的决策依据。

高峰值功率脉冲激光的光纤传能特性

实验研究了光纤传输调QNd:YAG高功率脉冲激光特性,包括光纤的传输效率、输出光束特性、输出光斑能量分布以及激光诱导损伤特性。得出的主要结论为:光纤传输高峰值功率激光引起受激拉曼散射(SRS)和受激布里渊散射(SBS)的产生是导致传输效率下降的主要原因;光纤输出光束束腰位置为输出端面,发散角略大于入射角,光束质量下降,输出光束截面光斑能量分布"匀化";光纤的端面激光损伤限制了传输激光功率的提高,其主要损伤相貌分为—坑状损伤、熔融损伤和溅射损伤,实验得出光纤端面的激光零损伤概率阈值功率密度为3.85GW/cm2。

激光注入误差对多模光纤传能特性影响分析

采用ZEMAX软件对激光光纤注入系统进行了建模,仿真分析了激光注入光纤横向偏移、角度偏移对光纤传输激光能量特性的影响.结果表明,光纤输出激光能量分布与激光注入对准误差密切相关.注入误差引起光纤初始输入段激光峰值功率密度的剧烈波动,出现了一个激光峰值功率密度极大值,这个极大值是可以达到光纤截面内激光平均功率密度的数十倍;横向偏移激发大量斜光线产生,使光纤输出激光能量分布匀化;角度偏移仅影响光纤内子午光线与斜光线的传播方向,对光纤内激光能量分布的匀化作用较弱.

激光柔性加工系统中光纤传能特性研究

介绍了光纤传能在激光柔性加工系统中的应用价值。针对Nd:YAG脉冲激光,试验研究了多模石英光纤传能特性,包括光纤输出光束空间特性和光纤传输高功率激光容量;分析了激光注入条件和光纤弯曲对光纤传能的影响。

光纤传能特性研究

为了获得光纤传输高功率脉冲激光的主要特性,对光纤传能进行了理论分析和实验研究。结论是:光纤宏观弯曲对传输效率有比较明显的影响:光纤的芯径、数值孔径(NA)、长度等指标对高功率激光传输效率有很大影响;当传输激光功率大于某个闽值后,光纤内产生的受激拉曼散射(SRS)和受激布里渊散射(SBS)影响激光能量输出;光纤的端面质量限制了传输激光功率的提高,根据ISO11254(光学元件表面激光诱导损伤的光学测试方法)得出光纤的激光零损伤概率阈值可以达到58.6J/cm2;光纤输出光束截面能量分布被匀化。

基于光纤传能的异构无源光网络研究

移动网络通信带宽需求不断增加,在有限的带宽中需要传递更多的信息。文章提出了基于光载无线通信无源光网络(RoF-PON)与光纤传能(PWoF)融合的双向传输系统架构,并对融合系统的传输性能进行仿真。在基于光载无线通信(RoF)的移动网络中,PWoF可将电源集中在中央局(CO),为通信网络提供更经济有效的安装方式,操作和维护也更简便。系统的仿真结果验证了系统的可靠性与可行性,证明了PWoF与RoF-PON融合的传输系统可以实现能量与无线信号的双向传输。

基于光纤传能技术的输电线路监测终端研制

基于光纤传能技术、光电能量转换技术、感应电流取能技术,本文研制了从输电线路本体取能的输电线路监测终端。提出将传能光纤与复合绝缘子芯柱浇筑一体成型,在复合绝缘子内构建光纤通道,并通过“电-光-电”的方式将能量从输电线路高压侧传递至输电铁塔测,为安装在铁塔上的微气象、铁塔倾斜监测装置、视频监拍等监控模块供电,并依托物联网技术,将上述监测信息传递至互联网云端。本文通过传能光纤在高压侧和铁塔侧之间构建能量信息传输通道,为“智慧输电线路”建设提供了一种新思路。

一种光纤布喇格光栅涡街流量传感器

在流量计量领域中,利用光纤传感技术对涡街流量计量的研究较少,故具有重要的研究意义。该文设计了一种悬臂梁式的光纤布喇格光栅涡街流量传感器,其利用悬臂梁自由端振动使光纤布喇格光栅中心波长发生周期性移位,从而测量涡街频率,得到流体流量信息。温度传感测试实验与流量传感测试实验结果表明,该传感器温度灵敏度为17 pm/℃,涡街流量灵敏度为0.01895 Hz/(L·h^(-1)),非线性误差为2.23%。实验验证了该传感器可应用于液体涡街流量计量。

光纤激光传感器结构发展综述

光纤激光传感技术是光纤传感技术中的重要组成部分。首先介绍了光纤激光传感技术的原理,然后分析了基于单一结构和双结构的10种光纤激光传感器的原理和特性,并对比了2种传感结构的应用情况和温度灵敏度,最后从解调方式、多参量测量以及提升检测范围等3个方面对光纤激光传感技术进行了总结和展望。

基于角度偏差自校正的光纤形状传感结构设计

光纤形状传感中FBG的放置角度误差会影响曲率的计算精度,从而增大形状反演的误差。为了实现传感胶棒的角度自校正,设计了一种自校正形状传感结构,在传感胶棒的感知截面上布设9个FBG,以120°等角度间隔作为基准位置,分别提取±10°位置上的应变,从而实现FBG响应与角度偏差的函数映射。提出了一种基于角度偏差自校正算法,通过适应度函数完成对传感参量α与k的阈值优化,实现任意角度偏差的自校正。仿真分析不同α与k条件下的响应关系,发现α具有很好的线性变化特性,k仅随主敏感FBG波动的特性。在单截面实验中,加载0~100 N应力变化后,9个FBG的平均响应度介于[-1.012με/N,0.987με/N]之间。响应度的正负可以表征弯曲方向,相邻FBG的响应也具有很好的线性度。在组合截面实验中,根据反演结果重建传感胶棒三维结构,输出各点位坐标和应力值信息。

基于光纤传感技术的手臂弯曲角度检测系统教学仿真设计

随着光纤技术与传感器技术的快速发展,光纤传感具备高灵敏度、强抗干扰能力、体积小、重量轻、低成本等特点,在测量受伤患者手臂弯曲角度时具有独特优势。同时,光纤传感技术也能够很好地应用在动态角度测量中,有助于解决在医疗康复中角度测量设备体积大、测量精度差、成本高等问题。本文基于光纤传感技术设计了手臂弯曲角度检测教学仿真系统,使用TracePro光学仿真软件建立光纤弯曲模型,采用光纤弯曲代替手臂弯曲,对光纤在不同弯曲角度下光强度变化规律进行仿真,得到总光通量随光纤弯曲角度的变化关系。

基于光纤传感技术的工程监测应用研究

光纤传感技术作为当前热门技术之一,在工程监测领域有着许多重要应用。通过探讨光纤传感技术在工程形变监测中的应用案例,展示了其在工程监测领域的重要性。光纤传感技术利用光纤作为传感元件,可以实现对形变的连续、实时监测,并提供高精度的监测数据。通过布设应变光缆和温度补偿光缆,在合璧津高速公路K134段高架桥上进行了监测实验。结果表明,光纤传感技术能够准确评估结构的变形情况,并通过温度补偿算法消除了温度变化对数据的影响。通过几何方法计算沉降位移,可以实现对沉降位移的估算。

基于光纤传感的铁路牵引网故障自动识别方法

由于现有的铁路牵引网故障识别方法在识别过程中易受到周围环境影响,故障识别准确率较低,因此,提出基于分布式光纤传感的铁路牵引网故障自动识别方法。构建三种牵引网故障自动识别规则,通过自动识别规则,使用分布式光纤传感对故障特征进行提取;使用变量分析对故障损伤数据进行处理,筛选符合传输的故障损伤数据进行传输,计算故障损伤数据,运用网络拓扑结构对故障特征信息进行传输;通过融合层次的诊断,进行数据的融合,得到诊断结果,实现基于分布式光纤传感的铁路牵引网故障自动识别。搭建仿真模拟模型进行实验,通过实验结果表明:在10种不同的故障类型条件下,本文设计方法在对牵引网故障损伤自动识别中,准确率最高可达到93.35%,故障识别效果较好,可满足对铁路牵引网故障自动准确识别的需求,具有一定的实际应用价值。

基于混合干涉结构的光纤温盐深传感器设计

提出了一种基于法布里-珀罗干涉仪(FPI)级联马赫-曾德干涉仪(MZI)的混合干涉型光纤温盐深传感器。利用两段单模光纤与二氧化硅(SiO_(2))毛细管制作了28μm的FPI微腔。FPI导出单模光纤依次与大芯径多模光纤、细芯光纤对准熔接,并在细芯光纤后错位熔接单模光纤,FPI导出单模-多模-细芯-错位熔接单模构成MZI。对传感器的温度、折射率及深度响应特性进行了理论分析和实验研究,通过监测反射谱和透射谱,选取不同的特征波长。实验结果表明:FPI对折射率变化不敏感,温度和深度灵敏度为0.578 nm/℃和1.297 2 nm/cm, MZI两个特征波谷对温度灵敏度分别为0.052 4 nm/℃和0.055 2 nm/℃,折射率灵敏度分别为-35.157 nm/RIU和-27.581 nm/RIU,对深度变化不敏感。该传感器具有制作简单、成本低廉等优点。

具有自标定功能的光纤光栅位移传感器

为了解决光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)位移传感器易受温度、振动等外界因素影响而导致测量重复性差的问题,本文利用磁铁非接触的力传递特性,以光纤光栅为核心元件,工字型梁、永磁体等为辅助元件研究了一种无接触的FBG位移自校准装置。利用移动端磁铁与位置标定端磁铁位置重合时,工字型梁所受磁力最大,进行位置信息的自校准,进而提高FBG位移传感器的测量重复性和测量精度。通过将自校准装置安装在卷尺结构的位移传感器上,对其传感特性展开实验研究,结果表明:在0~360 mm的测量范围内,校准前平均均方根误差为5.838 mm,校准后平均均方根误差为0.953 mm。本文采用自校准装置在很大程度上提高了FBG位移传感器的测量重复性,为位移传感器的环境适应性优化提供了一种新方法。

基于光纤传感检测的局部放电信号去噪方法

针对局部放电超声信号检测过程中存在噪声干扰的问题,提出一种基于变分模态分解和改进小波去噪的噪声抑制方法。首先对局部放电信号进行变分模态分解,得到若干频带分布不同的本征模态分量,结合模态的峭度剔除窄带干扰主导的分量;然后利用改进的小波去噪法,将其余有效模态分量中残留的白噪声进一步滤除;最后将剩余分量进行信号重构实现噪声抑制。对仿真局部放电信号去噪的结果表明,所提方法可提升信噪比约12.1 dB,且能够更加完整地保留原始信号波形。此外,在实验室环境下搭建了10 kV电压等级的局部放电模拟系统,采用Sagnac光纤传感检测局部放电超声信号。实验结果表明,所提方法具有良好的去噪性能,对实测信号的噪声抑制比达到了7.504。

应用于光纤传感网络的热电发生器设计与研究

研制并测试了用于光纤海底地震传感网络节点的热电能量收集系统。基于碲化铋热电材料,制作了用于光纤传感器的热电发生器(TEG),建立了热电模型并进行了验证。提出了一种将TEG输出的能量收集并利用的能量管理电路。详细介绍了该系统的设计思想、电路原理图和模拟水下环境实验。实验数据表明:所制作的TEG能够以2.67%的效率将热能直接转换成电能,设计的能量管理电路能够以23.09%的效率将电能收集并利用。该研究结果对延长光纤海底节点工作时间、增加系统可靠性有重要意义。

远程光纤传感网中滤波降噪方法的优化

为实现远程光纤传感网络在噪声干扰条件下的高精度检测传输,提出一种优化差分(optimized difference,OD)的降噪方法。基于移动平均法构建新差分算法,并结合低通算法、中值算法预判边缘信息及预测信号数值;采用双重判别弥补边缘信息误判的缺陷,优化准确定位边缘信息的能力;融合加权平均法与卡尔曼滤波器(Kalman filter,KF),优化信号预测的精度。实验验证结果表明:采用该方法进行数据预处理将使系统能够正常检测数据,测量精度可达0.76%,提高检测系统的抗噪性能。与先进小波阈值降噪方法的对比实验结果表明:斜率优化方法在≥10 dB噪声干扰下,测量精度相对提高0.62倍以上。

基于SOA光纤环形激光器的分布式声传感系统

为了降低传统分布式声学传感器(DAS)系统复杂度并提高信噪比(SNR),提出了一种基于半导体光放大器的光纤环形激光器(SOA-FRL)的DAS系统。该系统用SOA-FRL取代了传统的DAS系统中的窄线宽激光器和脉冲调制器,实现了高稳定的光脉冲输出;采用双脉冲外差探测方法,实现了精确的声信号探测和声源定位。实验结果表明:在频率为1 kHz、幅值为1.14 rad的声信号作用下,所提系统的解调SNR高达38.25 dB,空间分辨率为12 m。

基于主动加热方法的隧道积水分布式光纤传感器

针对目前隧道积水事件及积水范围监测需求,研发了两种新型隧道积水传感器,提出了基于分布式温度传感(DTS)的隧道积水分布式感测方法。通过将传感光缆按二维平面螺旋封装方式提高了传感器的空间分辨率,利用主动加热方法,显著提高了水-气界面传感光缆的温度差异,进而实现对积水事件和积水范围的识别。通过室内模型试验,对传感光缆的性能及影响因素进行了研究。结果表明,研发的两种传感器均具有较高的空间分辨率,由于螺旋Ⅰ型的环间距更小,其空间分辨率及定位精度均高于螺旋Ⅱ型;在多种典型工况下两种传感器均可以准确识别积水的水-气界面,定位误差均小于10cm;适当增大加热温度可以提高传感器的定位精度,50℃加热工况时的定位精度明显优于35℃和20℃。