陶瓷管式飞秒FBG高温传感器的设计与有限元分析

为测量乙烯裂解时的炉内温度,设计一种双陶瓷管封装的飞秒光纤布拉格光栅(FBG)高温传感器。在分析飞秒FBG温度传感器测温原理的基础上,推导出用于高温环境下测温用的拟合多项式。根据乙烯裂解炉目前测温状况,设计用于高温环境下的双陶瓷管式飞秒FBG传感器及配套的安装结构。利用Ansys有限元分析软件记录外界温度变化与FBG传感器的温度响应时间。仿真结果表明,双陶瓷管式封装的飞秒FBG温度传感器的温度响应时间能够满足乙烯裂解炉实时测温的需要。

凝聚相材料分子解离动力学的飞秒瞬态光栅光谱研究

凝聚相条件下,受分子间相互作用的影响,分子的解离机理通常不同于孤立分子.如何在凝聚相材料中有效地监测分子反应的进程和产物是目前急需解决的一个技术难题.本文介绍了飞秒瞬态光栅光谱技术在凝聚相材料解离动力学研究中的应用.作为相干光谱技术的一种,瞬态光栅光谱的信号强度高、无背底,因此能够有效地鉴别体系中的微量反应产物.通过对碘甲烷、硝基甲烷等模型体系的研究,验证了瞬态光栅技术不仅能够在时域上给出电子态的弛豫信息,还能够在光谱上同时监测反应物和产物以及分子或基团的振动.凝聚相条件下的解离动力学研究对于了解生化、爆炸等反应的机理有非常重要的意义,因此飞秒瞬态光栅技术在这方面具有广阔的应用空间.此外,作为一种非接触的诊断技术,瞬态光栅很容易和高温、高压等条件结合,因此瞬态光栅技术在研究材料的相变动力学、高压合成等方面也具有潜在的应用价值.

面向航天器微小碰撞的飞秒光纤光栅冲击检测系统

针对航天器微小碰撞产生的冲击能量检测问题,设计了一种面向航天器微小碰撞的飞秒光纤光栅冲击检测系统,并对冲击能量进行检测。建立飞秒光纤光栅应变传感及边沿滤波解调模型。使用有限元分析软件对微小碰撞产生的冲击能量分布情况进行理论模拟。搭建冲击检测系统,对飞秒光纤光栅进行冲击能量感知特性测试,利用时域包络提取法分析能量传递特性。实验数据表明,质量为10、20、40、60、80 g的小球分别在同一位置下落时,光栅系统检测到的碰撞信号呈线性增长趋势,经边沿滤波算法反演冲击电压最高可达30.8 mV;同一质量小球在不同位置下落时,光栅系统检测到的碰撞信号呈线性下降趋势,检测到的冲击电压可低至16.5 mV。该系统可实现对微小碰撞产生的冲击能量的检测,对航天器微小碰撞检测问题有一定的参考意义。

基于植入式光纤传感网络的固体火箭发动机结构健康监测

为实现对固体火箭发动机结构健康状态的实时监测和评估,设计并研制了一种高强度飞秒光栅传感网络,重点研究了传感器与信号传输链路的涂覆和封装。开展了发动机界面脱粘模拟实验。设计可用于发动机应变、温度和载荷的模拟演示系统,建立了基于光纤传感器采集数据的发动机数字孪生模型,形成发动机实物与数字孪生体的精准映射。最后将光纤传感器阵列植入发动机,对发动机开展水压监测实验、高低温存储实验、长周期监测实验和点火实验。对监测结果进行无损检测验证,结果表明该传感网络能够准确测量出发动机的应变状态,为固体火箭发动机的结构健康管理提供有效的数据支撑。

基于飞秒光纤光栅的准分布式高温传感器及应用

基于飞秒激光刻写的光纤光栅在1000℃高温下具备较高的热稳定性,将其采用细金属管封装后制成飞秒光纤光栅高温传感器。经测试,该传感器的温度系数具备良好的一致性和重复性,在1000℃范围内测温精度达到±5℃。实验中,5个飞秒光纤光栅高温传感器串接成高温传感器阵列,并将3条高温传感器阵列布设在航空领域某筒状高温部件表面上中下三个部位的15个测温点进行准分布式的温度测量。结果显示,上中下三个位置最高温度分别为460℃、600℃和520℃,且周向温度基本一致。这表明基于管式封装的飞秒光纤光栅高温传感器可准确反应试验件表面的温度变化和温场分布,实现了基于飞秒光栅高温传感器的准分布式温场测量。

飞秒写光纤光栅激光器有源高温传感技术

针对光纤光栅型光纤激光器有源温度传感技术只能进行较低温度以及较小范围温度测量的问题,提出一种飞秒写光纤光栅型光纤激光器高温传感测量系统。将飞秒写光纤光栅嵌入到光纤环形腔结构中,同时作为温度敏感元件和激光波长反馈器件,设计搭建了飞秒写光纤光栅型激光器光路。此光路系统输出光信号带宽为3.45 GHz峰值强度为31.94 dBm,2 h内连续光谱检测最大波长漂移为3.25 pm,可视为无跳模现象,实现了高达60 dB的高信噪比、窄线宽、高功率信号输出,同时输出光信号可线性表征光纤光栅温度感应。实验结果表明此传感系统实现了50℃到1000℃大范围温度的线性传感检测,线性度可达0.9975,波长-温度灵敏度为13.8 pm/℃。