Fracture Behavior of Epoxy Asphalt Pavement on Steel Bridges based on Optical Fiber Sensing Technology and Numerical Simulation

The distributed optical fiber sensing technology was used to investigate the fracture behavior of the Epoxy Asphalt Mixture. The spatial distribution and variation of the strain development with crack propagation were acquired using the brillouin optical time-domain reflectometer through the loading experiments of the composite beam structure. In addition, a finite element model of the composite beam structure was developed to analyze the mechanical responses of the epoxy asphalt mixture using the extended finite element method. The experimental results show that the development of crack propagation becomes instable with the increase of the load, and larger loads will generate deeper cracks. Moreover, the numerical results show that the mechanical response of the crack tip changes with the crack propagation, and the worst areas that subjected to crack damage are located on both sides of the composite beam structure.

光加热光纤光栅阵列液位测量方法研究

安全可靠的液位测量是现代工业领域的重要技术需求之一,提出一种基于光加热光纤光栅阵列的液位测量方法,即利用泵浦光加热掺钴光纤,控制温度场,利用光栅阵列测量温度场分布,由于气液导热性能的差别,气液界面处温度突变,从而确定液位。实验中,将掺钴光纤与密集光栅阵列紧密固定在一起,将1.5 W的泵浦光输入衰减系数分别为0.71 dB/cm和0.28 dB/cm的掺钴光纤中,沿着光传播的方向,温度变化均呈指数函数衰减。液位测量的精度与范围由主要取决于泵浦光功率、掺钴光纤吸收系数,经对比最终选定0.28 dB/cm的掺钴光纤作为液位实验的加热光纤。实验测量了不同液位下的温度场分布,证明了利用测量温度分布来测量液位的可行性,液位变化范围0~88 mm以内的误差为2 mm。所提出的传感系统结构简单,成本低廉,在液位测量方面具有潜在的应用价值。

分布式光纤温度传感信号小波去噪方法

在分布式光纤拉曼温度传感系统中,反斯托克斯光包含了温度信息,但其强度相对较弱,易受到噪声干扰。传统的信号去噪方法往往会滤除系统所具有的原始特征。针对这一问题,本文提出了改进的小波阈值方法,将3sigm准则与传统算法相结合。在该算法中,对信号进行小波分解,再对分解的各层小波系数进行阈值处理,使用3sigm值来区分有用信号和噪声,然后进行小波重构,实现信号去噪。在7 km长的多模光纤上进行温度测量实验,使用改进的算法对数据进行分析。结果表明,改进的方法处理后的温度波动平均为0.991℃,相较于传统算法得到的2.422℃,提高了1.431℃。与传统算法相比,3sigm准则算法提高了测温精度,并为阈值的选择提供了新的思路,使阈值的选择更具统计意义。

DTS传感主机智能云监控系统的设计与实现

分布式光纤温度传感(Distributed optical fiber Temperature Sensing system,DTS)技术采用通信光纤本身作为传感和信号传输介质,由于可以实现大范围高精准度的温度测量,在众多领域获得广泛应用。针对分布式光纤温度传感主机在野外长期使用过程中面临的智能管控能力的不足,采用STM32F429处理器为核心,设计了应用于DTS的远程云监控模块,以实现低功耗、全时监控、长效检测能力的提升。系统软件部分采用直接存储器访问(DMA)的方式搬运数据,结合RS-232、单总线、SPI协议及4G无线通信进行数据传输,并利用数据预处理算法实现了异常变化温度数据准确上传,并大大减少数据通信流量。模块的电源管理功能可实现电池续航时间提高3.7倍~6.6倍,整体功耗小于12 W。户外长期测试结果表明,基于STM32的DTS远程云监控模块具备工作稳定、数据完整、功耗低等优势,提升了DTS传感主机野外应用的可靠性。

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。

面向连铸的光纤分布式感知测温技术研究

当前我国“双碳”重大战略目标的提出伴随着工业4.0产业应用的突破,促使钢铁工业智能化、绿色化改造与发展。绿色智能冶金的发展趋势,对连续铸钢过程铸坯与设备的动态信息获取提出更高要求。分布式光纤测温技术的发展,使高温、电磁扰动以及粘弹塑等极端环境条件下,以高测量频率获取高空间分辨率信息得以实现。本文综述了光纤测温技术原理和分类、光纤测温技术在冶金工业的国内外应用以及分布式光纤测温技术在连铸工业的研究进展,总结了分布式光纤测温技术在连铸工业的发展方向,为数字化信息获取提供裨益与帮助,促进连铸结晶器数字感知信息获取的快速发展。

单光路拉曼分布式光纤测温系统

针对常规拉曼分布式光纤测温系统中,拉曼Stokes和anti-Stokes散射光的走离效应导致位置校正困难,测温严重失真的问题,提出了基于单光路的拉曼分布式测温系统方案,建立散射光功率校正模型和温度标定算法,实现对被测光纤沿线温度的精确测量。根据拉曼散射光温度敏感原理,推导基于单路Stokes光及单路anti-Stokes光的温度解调公式。考虑到单光路温度解调严重受限于脉冲激光器和光电探测器稳定性的问题,设计温度标定单元并建立了信号光功率校正算法。搭建实验平台,对比分析传统双路、单路Stokes光及单路anti-Stokes光方案的测温性能。最后,讨论并总结基于单光路拉曼分布式光纤测温系统的优选方案。实验结果表明:在约12 km的光纤线路上,基于拉曼anti-Stokes光的方案的测温偏差为-0.3~2.2℃,均方根误差为1.0℃,空间分辨率为6 m,与传统方案相比性能更优。基于信号功率校正的单光路拉曼anti-Stokes光的分布式光纤测温系统灵敏度高,能完全规避传统双光路系统的走离校正问题,具备很高的实用价值。

分布式光纤系统大范围高温的非线性测温标定

近年拉曼光纤分布式测温系统在常温领域有了广泛的应用,然而在诸如电厂锅炉此类温度从室温20℃到600℃的大范围高温测温场景,国内外光纤测温少有研究和应用。面对大范围高温光纤测温问题,采用特殊铜涂覆层高温光纤,搭建分布式光纤系统,用高温箱模拟从室温升到六百摄氏度高温环境,采集反射光相应信息。经过实验发现,利用双通道解调理论公式解析出的测量温度偏差较大,同时常温应用中广泛使用的线性拟合也无法适应大范围高温场景。针对大范围高温场景温度解调,采用多种非线性标定方法,成功实现光纤大范围高温跟踪,最终实现在高温段550℃至600℃精度±2℃测温。

分布式光纤测温系统在散粮筒仓带式输送机上的应用

带式输送机在粮食筒仓输送系统中发挥着重要作用,为了确保其稳定、高效、安全地运行,粮食仓储行业也在不断应用新技术,提高带式输送机的本质安全。分布式光纤测温系统凭借着能连续测温、分区测量、多种报警类型设置及防雷、抗干扰能力强等技术优势,在带式输送机温度监测中的应用越来越广泛,其不仅改变了传统的设备检查方式,减轻了巡线工人的劳动强度,还提高了设备的信息化管理水平,为带式输送机的安全生产提供了有力保障。

光纤测温技术在大型粮食物流企业配电系统改造中的应用研究

光纤测温技术作为一种先进的温度监测技术,已经广泛应用于大型粮食物流企业的轴承检测,因其防爆性能优良、适用性高,也可应用于配电系统中。本文旨在探讨光纤测温技术在大型粮食物流配电系统中的应用,并为后期同类项目提供新思路[1]。

分布式光纤测温系统在液化天然气储罐珍珠岩沉降监控中的应用

在液化天然气(LNG)接收站运营中,LNG储存在低温全包容混凝土储罐内,在储罐的内罐与外罐之间填充珍珠岩粉,从而达到保冷效果。但是在接收站长时间运行时,由于重力原因,珍珠岩粉的高度会下沉,如果下沉高度过多,珍珠岩粉的高度低于保冷设计高度时,外部热量过多地进入储罐,会产生大量的蒸发天然气(BOG)。BOG的实际产生率将高于设计产生率,将增加储罐压力,以及储罐的操作风险和运营成本。因此,安装一套分布式光纤测温系统(DTS)用于监控珍珠岩沉降,实时检测珍珠岩的高度,当珍珠岩的高度低于设计高度时,监控系统会报警,提醒操作人员填充珍珠岩。本文对DTS在LNG储罐珍珠岩沉降监控的应用进行了详细的阐述。

基于温度示踪的高寒地区河水与地下水相互作用:以黑河上游流域为例

高寒地区是世界众多大型河流的源区,了解区内河水与地下水的相互作用对流域水资源科学管理具有重要意义。因广泛发育多年冻土,高寒地区河床底部局部融区的形成和动态变化控制着河水与地下水的转换,导致两者间水力关系的复杂性和特殊性。受观测条件限制,目前高寒地区河水与地下水相互作用的研究极少,少量已有研究也多采用同位素和水化学示踪方法,成本高且精度低。采用观测成本更低但精度与密度更高的温度信号作为示踪剂,以量化河水和地下水之间的交换;利用垂向一维瞬态热运移解析模型,定量计算不同深度处河水与地下水的交换流速;利用分布式测温光纤系统的观测结果,分析河水与地下水相互作用的时空动态变化特征。研究结果表明:高寒地区河水与地下水的交换存在强烈的时空差异,季节与气候的转换对河水与地下水的交换量起着控制作用,甚至能够改变河水与地下水的交换方向,河水与地下水的交换量随着冻土活动层加深而增加。温度示踪方法适用于高寒冻土区河水与地下水相互作用研究,2种温度示踪方法的联合使用可有效提高研究精度与准确性,为缺乏基础水文地质数据的高寒地区提供一种可行的研究思路。

基于拉曼散射的分布式光纤传感系统真空低温热沉环境温度梯度测量

新型分布式光纤温度传感器具备电类温度传感器所不具有的独特优势,扩展了温度测量在真空低温环境中的应用领域。在真空低温热沉环境下使用分布式光纤温度传感器进行温度梯度测量。传统热电偶温度传感器和分布式光纤温度传感器布置在同一双层铝板结构中,铝板以及传感器放置在真空低温热沉环境中。铝板由加热片进行控温,以实现真空低温热沉环境下不同温度梯度的测量。对两类传感器所测铝板的温度数据进行分析,结果表明,基于拉曼散射原理的分布式光纤温度测量系统能够对真空低温热沉环境下的温度梯度实现精确测量,可以满足低温工况下工件的温度测量。

基于分布式光纤传感的合成气管道温度在线监测研究

针对现有煤气化工艺中合成气管道温度监测问题,研究基于拉曼散射的分布式光纤测温系统,研制了带不锈钢套管的耐高温传感光纤,模拟合成气管道周围温度分布,在合成气管道现场铺设434.6 m的分布式耐高温光纤进行实验研究。实验结果表明:基于拉曼散射的分布式光纤测温系统测温范围为0~350℃,测温误差为±2℃,空间分辨率0.5 m,系统能够完成对煤气化合成气管道温度的在线监测,同时可以对温度异常点进行空间定位。

基于光纤分布式测温的热力管道泄漏定位系统

针对传统热力管道泄漏巡检方式存在的准确度不高、抗干扰能力差等不足,采用光纤分布式测温的方法测量热力管道沿线温度场,当发生泄漏时,管道中的热水或蒸汽会流出并改变泄漏点周围的温度场,系统可以快速捕捉温度变化并实时定位泄漏点。实验检测系统性能指标为温度精度(温度测量值与真实值间的误差)±1℃,空间分辨率≤2 m,目前已成功应用于济宁运河电厂热力管道的检测中,精确地测量了热力管道沿线15 km的温度变化,并成功对一处泄漏行为进行了报警,表明分布式光纤测温系统在热力管道泄漏监测领域具有广阔的应用前景。

准分布式光纤光栅传感技术在水电厂测温系统中的应用

为了提高测温系统的测量精度与抗干扰性,提出将准分布式光纤光栅传感技术应用在水电厂测温系统中。根据光纤传感器特点,设计系统光路和数据采集模块,引入FPGA芯片和PCIE接口建立编程文件存储模块;应用准分布式光纤光栅传感技术,计算光路最佳分光比,去除光路内信号的噪声,计算目标温度值。实验结果表明:在空间距离越来越大的情况下,测量精度仍然较高,为±0.1℃,温度信号未发生失真情况,测温系统的抗干扰性能得到了提高。

基于VMD-SVD的拉曼分布式光纤测温系统降噪方法

针对分布式光纤测温系统,其产生的包含温度信息的后向拉曼散射信号极其微弱,因此极易被白噪声掩盖的问题。本文设计了一种基于VMD-SVD联合降噪算法,并提出通过对构造的仿真信号做降噪对比实验,以更优的降噪性能指标选取该算法的重要参数。实验表明,将该联合算法及EMD、VMD、EMD-SVD算法分别用于多组测试信号降噪时,VMD-SVD降噪算法相较于EMD算法有均有15 dB以上提升,相较于VMD算法有均有9 dB以上的提升,最后相较于EMD-SVD算法也均有1 dB以上提升,最后将上述算法应用于分布式光纤测温系统测量的多组后向拉曼散射信号降噪时,VMD-SVD降噪算法也能最有效的消除该信号的白噪声,为后续高质量测温奠定基础。

分布式光纤测温在海底管道泄漏监测中的应用

海底管道泄漏成为近几年常常发生的热点现象,严重影响了海域的生态环境和人民的切身利益,做好海底管道泄漏监测是确保海底管道安全运行的关键。近年来研究出的新技术——分布式光纤测温系统,具有抗电磁干扰、检测距离长、电绝缘、耐腐蚀、使用成本低、操作简单等优点。通过详细阐述分布式光纤测温系统监测管道泄漏的使用原理,并将其应用到具体的案例中,以此来提高应用的实际性,增强分布式光纤测温系统在海底管道泄漏监测中的应用推广。

基于分布式光纤的矿用带式输送机温度监测系统设计与应用

为提升井下矿用带式输送机生产运行安全性,基于分布式光纤测温原理,构建大柳塔矿主斜井带式输送机温度监测系统。利用拉曼散射光原理和DTS技术实现温度监测和定位监测,温度监测精度可控制在±1℃以内,定位精度小于0.3 m;通过设置不同区域的预警温度,可实现带式输送机在不同位置处的分布式火灾预警功能,对电机、滚筒和CST等重点位置进行重点监测;根据用户需求的不同,系统可提供温升斜率、绝对温度以及相对温度等多种报警方式,从而提高监测预警的可靠性,实现整个运输巷的分布式、连续无盲区监测,具有较高的应用价值。

分布式光纤测温系统在陈四楼煤矿的应用

【目的】介绍陈四楼煤矿分布式光纤测温系统的组成、原理、实施方法及应用效果。根据陈四楼煤矿井下现场状况,提出矿井分布式光纤测温的具体实施方法。【方法】该系统由光纤传感器、光纤仪表、可调谐噪声抑制装置、数据传输装置及远程服务器组成,能实现长距离、高精度、高可靠性的环境温度测量和实时在线显示,适用于煤矿井下各种精确温度测量任务。【结果】从应用范围来看,该系统可用于煤矿井下各种精确测温任务,如变电所电缆温度、机房硐室环境温度、大巷温度等。【结论】分布式光纤测温系统能有效测量煤矿井下温度,误差小。该系统结构简单,维护和使用方便,为煤矿井下光纤测温的研究提供新的解决方案。