分布式反馈激光器动态扫描光纤布拉格光栅波长解调系统

通过对该系统采集到的法布里-珀罗（F-P）标准具透射谱和光纤布拉格光栅（FBG）传感器反射谱进行寻峰算法以及拟合算法的研究,采用C语言编程和LabVIEW编程相结合的方式,实现了FBG波长信号的解调。其中,由于系统采集到的F-P透射谱和FBG反射谱线时域信号数据都由离散点构成,且在3dB带宽内均符合高斯曲线分布,采用高斯拟合对采集到的信号数据进行寻峰处理,提高系统精度;又由于分布式反馈（DFB）激光器的波长扫描存在着一定的非线性,采用二项式拟合对DFB激光器的波长扫描曲线进行拟合,以降低其非线性导致的误差。另外,设置一路标准FBG传感通道用于波长校准。实验研究表明该系统稳定性良好,波长测量范围为1 550.012~1 554.812nm,分辨力为1pm,精度为±10pm,验证了该系统可用于FBG波长信号检测的可行性。

调频连续波分布式光纤布拉格光栅复用系统

研究了利用调频连续波(FMCW)技术对分布式光纤布拉格光栅(FBG)复用系统进行寻址的基本原理;仿真分析了FBG传感器复用距离是系统最小分辨距离的整数倍或非整数倍时,对频谱信号的影响;搭建了基于FMCW的FBG复用系统实验平台,当传感距离1000m时,分别验证了不同扫描周期与复用系统差频信号的线性关系,及不同扫频范围与系统差频信号的线性关系。实验结果表明:FBG复用距离是系统最小分辨距离整数倍时,在测量距离1100 m范围内,系统测量最大误差为243 Hz,最大相对误差小于5%,可以实现FBG传感器的地址查询功能。

基于峰值匹配分布式估计算法的光纤布拉格光栅传感网络重叠光谱的波长解调

针对有限光源带宽条件下光纤布拉格光栅传感网络重叠复用的解调瓶颈,提出基于峰值匹配分布式估计算法的波长解调方法,将光纤布拉格光栅传感网络重叠光谱的解调问题转化为函数优化问题,利用理论光谱与重叠光谱之间的差异构建优化模型,通过峰值匹配分布式估计算法对该优化模型进行求解得到各光纤布拉格光栅的传感值.分布式估计算法采用高斯混合模型构建描述光纤布拉格光栅传感网络的解空间概率分布,由概率模型采样产生新的种群个体,并引入峰值匹配算子消除光纤布拉格光栅峰值错配,通过反复进化最终得到最优解.采用该方法对不同规模数量的光纤布拉格光栅传感网络进行解调实验,结果表明该方法在大规模光纤布拉格光栅光谱完全重叠的情况下,平均误差可控制在10pm以内;与现有其他解调技术相比,其具有更高的解调精度,能够解决光纤布拉格光栅传感网络光谱在部分重叠甚至完全重叠情况下的波长解调问题,为提升光纤布拉格光栅传感网络复用数量提供了新的解调途径.

准分布式FBG钢绞线传感性能分析与RPC梁变形监测试验研究

针对预应力混凝土结构预应力筋受力状态的监测难题,提出了凹槽预压封装准分布式FBG技术,解决了FBG存活率低和监测量程不够的技术难题。通过循环张拉试验和预应力RPC梁加载试验,探究了准分布式FBG钢绞线的传感性能及其对混凝土结构应力状态的监测效果。结果表明,FBG存活率为100%,应变灵敏度为0.00118~0.00120 nm/με,应变传递率β≥0.98,线性度≤2.096%,回差≤1.043%,重复性≤3.615%,总不确定度≤3.881%。准分布式FBG钢绞线可准确识别RPC梁的损伤过程,45%f_(ptk)、65%f_(ptk)、75%f_(ptk)(f_(ptk)为钢绞线极限强度)预应力RPC梁的开裂荷载分别为100 kN、130 kN、140 kN,纵筋屈服荷载分别为260 kN、280 kN、300 kN。RPC梁挠度和钢绞线应变为抛物线型分布,最大挠度分别为27.691 mm、20.153 mm、14.602 mm,最大应变分别为4163.025με、3715.126με、1658.487με。准分布式FBG为预应力结构的整体监测提供了思路。

基于大规模光栅阵列光纤的分布式传感技术及应用综述

光纤布拉格光栅传感技术因其具有高灵敏度、抗电磁干扰、体积小及易复用等特性而广泛应用于恶劣环境的温度、应变及振动等物理量检测。基于在线光纤拉丝塔的大规模光栅阵列光纤制备方法的实现,突破了传统光纤光栅分布式传感技术受限于机械强度和制备工艺复杂的限制,大大拓展了其在分布式传感领域的应用。本文系统地介绍了大规模光栅阵列光纤的制备、分布式解调方法与应用进展,从大规模光栅阵列光纤的在线制备技术,以及基于该阵列光纤的分布式传感解调技术,包括准静态波长解调技术、高速波长解调技术以及增强型动态相位解调技术等,特别关注解调速度、空间分辨率、复用容量等关键技术及传感性能。同时还介绍了基于大规模光栅阵列光纤的应用包括温度、应变分布式的准静态应用领域,以及振动分布式的相位动态应用领域等,包括大型建筑、机械、航空航天、石油化工等诸多领域的安全监测、故障诊断等工程应用方面。

大电机定子线棒光纤光栅准分布式测温技术

为了使大型发电机具备内部温度场实时监测能力,将联有多个光纤布拉格光栅(fiber Bragg gratings,FBG)的光纤植入定子线棒中,将光纤光栅置于被关心的温度点,实现了定子线棒温度的准分布式多点测量。植入实验表明,裸FBG很容易在植入过程中损坏,且温度特性易受绝缘材料影响;不锈钢毛细管封装FBG可以抵抗定子线棒加工过程中的高温高压及外力的损害,是一种可行的植入方案。在选择植入位置时,实心铜股线和换位绝缘是能够植入FBG的位置。植入FBG后线棒的温度实验表明,嵌入线棒内部的FBG波长随温度变化的线性度为0.999 66,FBG波长时间响应曲线与对应点热电偶温度时间响应曲线有很好的一致性,具有几乎相同的响应时间。基于光纤光栅的准分布式测温技术实现定子线棒温度的实时测量是可行的。

光纤布拉格光栅(FBG)温度传感器增敏封装技术

介绍了光纤布拉格光栅（FBG）传感器测温的基本原理和封装方法，提出了一种新型的EBG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。通过实验对裸光纤和封装后的光纤的温度特性、应力影响等进行了对比，结果表明：采角此法封装后的FBG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℃。

准分布式FBG对应变和温度双参数分离测量的实现

为解决光纤Bragg光栅(FBG)的应变与温度交叉敏感问题,提出了一种将两个参数相同的FBG分别放置于承重梁上下两端面同时感知应变与温度的方法,通过理论分析计算,实现了应变、温度双参数传感的目的.该方法既克服了传统双参数分离方法的各种限制,又简化了分离算法.标定与测量实验结果表明:在温度0-100℃、应变0-40MPa范围内,FBG的应变与温度响应曲线呈现良好的对应关系,最大相对误差分别为3.7%和4.2%.应变与温度分离测量方案简单易行,将其应用于准分布式应变定位领域,可以实现应变位置的识别与预警,具有较高的实际应用价值.

基于超弱光纤布拉格光栅的声速测量方法

利用超弱光纤布拉格光栅对振动的敏感特性,提出了一种基于分布式光纤声学传感的声速测量方法。通过测量声速传递过程中不同超弱光纤布拉格光栅传感器接收到声音信号的时差来计算声速。该方法可以测量不同温度下的声速,其测量值与理论值误差小于0.5%。为声速测量提供了新的方法。

基于准分布式FBG阵列的大型机械结构应变监测研究

针对机械加工制造中大型机械结构部位、尤其是壁板类零件在工况中受强过载容易造成结构强度失效等问题,采用准分布式光纤布拉格光栅(FBG)阵列对常见板状结构局部应变进行准分布式监测研究。在对应变传感器理论分析的基础上,结合波分复用技术,在一根光纤上接入9支FBG构成传感阵列,使其分布在板状结构表面。通过有限元理论分析与局部加载试验验证,证明了准分布式FBG传感阵列对大型机械结构进行应变监测的可行性。研究结果为结构健康监测提供了一种可靠的应变监测方法,为进一步研究准分布式FBG阵列的位置布局提供了有利的试验依据。

CLPG的分布式FBG解调系统仿真研究

从耦合模理论出发,运用传输矩阵法对级联长周期光纤光栅(CLPG)的传输光谱进行了仿真分析,提出了基于CLPG的分布式光纤布拉格光栅(FBG)解调系统。该解调系统将级联长周期FBG作为边缘滤波器,利用它的4个线性区同时解调4个FBG的传感信号。仿真结果表明:在CLPG的线性范围内系统检测的光功率与传感FBG所受轴向应变成线性关系,最高能检测到5.813×10-9的轴向应变传感信号。系统的应变灵敏度分别为-42.75,42.95,-43.15,43.35 m W/10-6。

基于分布式FBG的智能家居环境测控系统研究

基于分布式光纤布拉格光栅(FBG)的分布式测量以及FBG的测量精度高、体积小、不易腐蚀等优点,将其应用于智能家居环境监测进行研究。系统中采用可调谐F-P(Fabry-Perot)滤波法解调原理,利用可编程逻辑器件FPGA设计了一种结构简单、解调速度快、可实时测量的光纤光栅解调系统,实现了对家居环境的实时测量,并进行安全报警、温度自动调节等操作。仿真实验表明,系统测量精度和灵敏度高,运行稳定可靠,具有一定的实用价值和应用前景。

光纤布拉格光栅在季节冻土路基应变检测中的应用

介绍了现行光纤布拉格光栅（FBG）测试技术的应用领域、传感原理以及常用的封装方式,探索将FBG用于季节冻土路基这种隐蔽工程应变检测中的适应性。主要工作有：（1）基于FBG测试技术的植入梁方法,在传感器布设方面,根据不同测试对象提出了两种封装布设方式：浅置短距离半柔性探测杆和深置长距离半刚性探测杆两种封装布设方式;（2）针对现场测试需要,对电源、光纤传感器、数据采集及分析等整套现场测试系统进行了比较优选;（3）选择两处季节冻土路基作为埋设场地并开展为期1 a的观测。测试结果表明：FBG在-20~30℃的温差范围内保证了很高的存活率,所提出并实现的季节冻土路基应变测试系统具有较高的测试灵敏度和可靠性。该套测试系统为隐蔽工程的物理性质指标测试提供了新的技术手段。

光纤布拉格光栅应变传感器的灵敏性及疲劳可靠性研究

分别采用金属和聚合物材料研究了封装材料对布拉格光纤光栅 (FBG)传感器灵敏性的影响 ,并通过加速疲劳实验对传感器安装工艺的疲劳可靠性进行了研究。结果表明 :焊接安装的金属封装FBG应变传感器具有良好的灵敏性及其长期稳定性 ,是海洋结构、桥梁等动载环境下工作的结构长期安全监测的理想器件。

光纤布拉格光栅温度灵敏性的实验研究

在-150～550℃的温度范围内测量了光纤布拉格光栅中心反射波长的温度灵敏性。光栅波长的温度响应是非线性的。通过对试验数据的三次多项式进行拟合分析,结果表明:波长为1500nm左右的光栅具有相同的温度敏感性;波长对温度变化的响应(ΔλB/ΔT)主要是由折射率的变化(dn/dT)引起的,dn/dT随着温度的降低而减小;得到了温度灵敏系数关于温度的二次表达式,并给出了在-150～550℃温度范围内波长变化的快速估算。

植入复合绝缘子芯棒内的光纤布拉格光栅热应变和应力应变分析

光纤布拉格光栅以其良好的绝缘性能、微小的体积以及抗电磁干扰的优势,成为复合绝缘子运行状况监测的重要手段。为了弄清光纤复合绝缘子内布拉格光栅应变情况,利用有限元法分析了植入复合绝缘子芯棒内的光纤布拉格光栅热应变和应力应变,得出了在复合绝缘子自身结构应力及温度变化导致的热应力综合作用下,光栅的中心波长以及反射光谱与芯棒结构及材料参数之间的关系,得出了光栅应变灵敏度系数与基体材料的结构参数之间的关系;并根据热应变情况计算出在金具压接区部位的光栅温度灵敏度系数,利用绝缘子典型部位温度变化模拟分析了光纤光栅的反射谱变化。这些研究为光纤复合绝缘子的应用推广提供了理论支持。

基于线性滤波器的布拉格光纤光栅解调系统的稳定性

基于线性滤波器的解调法是通过探测两路光的光功率比值来确定外界温度和压力变化的。本文通过实验证明了在相同的温度或压力下,随着光源总功率减少,两路光的比值不相同,从而影响了系统的稳定性。为了提高系统的稳定性,对两路光功率的变化进行了分析,找到了背景噪声是影响两路光比值变化的基本原因,并对背景噪声进行了处理。实验结果表明,处理背景噪声后的光纤布拉格(FBG)传感器在不同的温度环境下并改变光源功率大小时,比值较恒定,系统具有很好的稳定性。该修正方法同样适用于应变和压力等实验中系统稳定性的测量。

粘贴于薄板表面的光纤布拉格光栅应变传感器误差修正

考虑现有光纤布拉格光栅(FBG)传感器的应变传递理论均未考虑传感器对基体应变的影响,本文针对FBG传感器粘贴于薄板的情况研究了薄板的应变传递理论。由于光纤应变与薄板应变并不相等,故研究了光纤应变与薄板应变之间的关系以提高FBG传感器的测量精度。建立了粘贴于薄板表面的FBG传感器应变传递理论,分析了FBG传感器与薄板之间的相互作用;利用有限元法(FEM)和实验法验证了理论的正确性。最后,分析了薄板参数对应变传递率的影响。结果显示:FEM解与理论解的误差在4%以内,实验值和理论解误差在5%以内,应变传递率随着薄板厚度和弹性模量的增加而逐渐增大。该理论模型完全满足FBG传感器精度要求,对其实际应用具有一定的指导意义。

一种布拉格光纤光栅加速度传感器

本文介绍了一种基于布拉格光纤光栅 (FBG)的加速度传感器设计。为了克服等截面悬臂梁的局限性 ,该设计采用等强度悬臂梁的形式。结果表明 :该种光纤加速度传感器具有良好的稳定性和较高的分辨率 (0 .0 0 5g) ,适合海洋平台等大型工程结构的加速度测量。

布拉格光纤光栅及其在火箭状态监测中的应用探讨

针对火箭状态监测系统中需监测的状态参数多、测量点分布广、抗电磁辐射要求高等特点 ,探讨了采用布拉格光纤光栅传感器(FBG)构成全光纤型、多参数、分布式传感网络的可行性 ,给出了FBG传感网络中的光信号发射、传感以及信号解调与数据处理等模块的具体构成 。