基于光纤光栅传感器的复合材料气瓶应变检测

针对复合材料气瓶应变检测的需求,提出了一种光纤光栅传感器植入碳纤维缠绕铝合金内衬的复合材料气瓶的方法,首先在室温下将光纤光栅传感器粘接在经过喷砂处理的铝合金内衬外表面,然后对粘接了光纤光栅传感器的铝合金内衬进行高温老炼,最后进行碳纤维缠绕和固化。开展了8只光纤光栅应变传感器植入复合材料气瓶的试验,其中6只传感器在复合材料气瓶150℃/1.5 h固化后保持存活,实现了复合材料气瓶固化、水压疲劳、高温试验等过程中的应变检测。结果表明,所提出的方法可以减小内衬的粗糙外表面导致的光纤光栅信号衰减,验证了光纤光栅传感器植入复合材料气瓶进行应变检测的可行性。

基于故障模式与影响分析法和故障树的全光纤电流互感器故障诊断专家系统

全光纤电流互感器FOCT(fiber optical current transducer)被广泛应用于电力系统,对其进行故障诊断和分析,能够提高其运行可靠性。基于全光纤电流互感器故障数据构建故障模式与影响分析FMEA(fault mode and effect analysis)表格,建立故障树,构造故障特征空间。利用FMEA表格、故障树和故障特征空间聚类中心构造故障诊断专家系统,从而实现对故障类型、模式和部件的准确诊断。利用某区域电网中全光纤电流互感器故障数据和故障案例对所提方法进行验证,结果表明:基于故障诊断专家系统对故障全光纤电流互感器进行诊断的结果与现场实际结果一致,验证了本方法准确性和可靠性。

植入式光纤光栅应变传感器的湿度影响(英文)

植入复合材料的光纤光栅应变传感器通常涂覆了工作温度高、抗拉强度大的聚酰亚胺。然而,聚酰亚胺涂覆层的体积受湿度影响。采用理论分析、有限元仿真和实验的方法,研究了湿度对植入碳纤维复合材料的光纤光栅应变传感器的影响。优化网格划分以提高仿真精度,湿度变化导致的光纤光栅应变传感器应变变化的仿真值小于4με。湿度实验进行了10天连续测量,经过温度补偿后,植入复合材料的光纤光栅应变传感器测量值变化小于8με。分析和实验结果表明,湿度变化对聚酰亚胺涂覆的植入式光纤光栅应变传感器没有显著影响。通过拉伸试验对植入式光纤光栅应变传感器的重复性、线性度等指标进行了测试和分析,结果表明传感器具有良好的重复性和线性度。

植入式光纤光栅应变传感器的湿度影响

植入复合材料的光纤光栅应变传感器通常涂覆了工作温度高、抗拉强度大的聚酰亚胺。然而，聚酰亚胺涂覆层的体积受湿度影响。采用理论分析、有限元仿真和实验的方法，研究了湿度对植入碳纤维复合材料的光纤光栅应变传感器的影响。优化网格划分以提高仿真精度，湿度变化导致的光纤光栅应变传感器应变变化的仿真值小于4μs。湿度实验进行了10天连续测量，经过温度补偿后，植入复合材料的光纤光栅应变传感器测量值变化小于8μs。分析和实验结果表明，湿度变化对聚酰亚胺涂覆的植入式光纤光栅应变传感器没有显著影响。通过拉伸试验对植入式光纤光栅应变传感器的重复性、线性度等指标进行了测试和分析，结果表明传感器具有良好的重复性和线性度。

用于煤矿热动力灾害监测的一氧化碳传感器

煤矿热动力灾害主要分为瓦斯爆炸和煤自燃2种情况,在采空区2种灾害并非单独存在。煤自燃产生的一氧化碳含量较低,需要高灵敏度在线监测,而瓦斯爆炸预警需要满足快速响应和大量程。可调谐激光吸收光谱技术(TDLAS)采用窄线宽激光器,选择性更好,因此适用于复杂的井下环境。但面对复合灾害监测,一氧化碳的特征吸收峰在近红外波段线强较弱,容易被其他井下背景气体(乙烷、乙烯、二氧化碳、水汽)谱线覆盖,造成误报警。因此选择2330 nm波段的一氧化碳吸收峰,该波段一氧化碳吸收峰强度高,可以实现高灵敏度检测,其次水汽在该波段的吸收峰较弱,只要识别甲烷和一氧化碳即可避免干扰。根据高分辨率分子透射吸收数据库HITRAN,可查询并计算该波段一氧化碳特征峰的吸收系数,及相邻的甲烷特征峰的吸收系数。基于可调谐激光吸收光谱技术TDLAS,采用2330 nm激光器,相应波段小型气室和锁相模块研制一氧化碳传感器。测试该传感器性能,结果表明,一氧化碳的1σ检测限为2.14×10_(-7),3σ检测限为6.4×10_(-7)。测试0~5×10_(-4)内的线性度优于2%。充入不同谐波信号气体,控制流速为10 mL/min,刷新时间2 s,测试响应时间T_(90)为6 s。为实现井下复杂背景下的一氧化碳准确检测,笔者提出一种组分智能识别方法。增加激光器波长扫描范围,扫描一氧化碳和其相邻的甲烷谱线,同时获得背景气的组分和谐波信号信息,甲烷检测限为1×10_(-6),与HITRAN数据库计算结果相符。充入混合气进行验证,测试结果表明,该方法可以实现一氧化碳和甲烷组分识别,避免井下复杂气体作为背景的交叉干扰,同时可以实现对一氧化碳气体的快速、高灵敏度测量,满足复合灾害监测的需求。

高精度光学电压互感器技术及应用

主要介绍了0.05级高精度光学电压互感器的技术方案、关键技术以及装置的实现。目前,该装置已经通过了国家高压电器质量监督检验中心的精度试验,准确级达到0.05/3P;光学电压互感器作为标准源已在广西钦州排岭220 k V智能变电站挂网应用,实现了对榄坪II线A相电子式电压互感器的在线校验,校验数据通过MMS网络向后台发布,结果表明,被校电子式电压互感器与标准光学电压互感器比值误差小于0.2%,相位误差小于10′,满足0.2级准确度要求。

用于光纤激光器光谱组束的外腔反馈研究

为了解决光纤激光器外腔光谱组束中存在像差以及发光单元反馈不足等问题,采用将组束系统中单个传输透镜准直和聚焦功能分离的方法,搭建了光纤激光外腔反馈系统,实现了激光波长的锁定。结果表明,该系统光光转换效率为91. 5%,反馈输出线宽为0. 16nm,输出功率为29. 7W,组束方向M^2=1. 241,非组束方向M^2=1. 171,实验结果同理论分析相符。该外腔反馈方案可以应用于光纤激光器光谱组束。

白光干涉型光纤加速度计的误差分析

针对所研制的一种能够测量加速度直流信号的光纤加速度计,建立了影响该加速度计测量准确度的光学原理误差、交叉灵敏度误差以及温度引起的误差模型,并对该模型进行了仿真和实验分析.结果表明:随着信噪比增加以及光谱采样间隔减小,解调算法的测量误差水平降低,测量准确度可达到4.5×10-5g;在1倍重力加速度下交叉灵敏度误差为1.8mg;当环境温度20℃时,温度每升高(降低)1℃,会使标度因数增加(减小)0.79‰.

封装对超细型DFB光纤激光水听器性能的影响(特邀)

对超细型DFB光纤激光水听器探头封装进行了研究。通过有限元方法建立了封装结构理论模型,探讨了影响超细型光纤激光水听器频率响应与灵敏度起伏之间的因素,在灵敏度、频响一致性等指标间找到了平衡点。最后,制作了光纤激光水听器,直径6 mm,长度55 mm,灵敏度-130 d B,100 Hz^2 k Hz灵敏度响应起伏4 d B,通过测试验证了理论分析和仿真的符合性。

植入FBG的碳纤维复合材料全寿命周期结构状态研究

将光纤光栅传感器与碳纤维复合材料进行一体化集成设计,在碳纤维复合材料内部植入光纤光栅传感器,验证了埋置工艺的可行性,确认了其可实时监测环境温度值,研究了植入光纤光栅传感器后碳纤维复合材料的结构强度变化及光纤光栅的信号传递率。试验结果表明:碳纤维复合材料埋入光纤光栅传感器前后结构强度变化率小于10%,光纤应变信号传递率高于90%,光纤光栅传感器可以作为碳纤维复合材料结构进行从加工固化、使用过程直至破坏的全寿命周期的结构强度监测的有效手段。

基于激光吸收光谱的SF6/N2混合气分解产物同时检测

针对SF6分解气中H2S、CO、HF等3种气体进行在线监测,研制基于激光吸收光谱的SF6分解气在线监测装置,提出采用时分复用的方案实现多组分气体同时测量,对激光器的波长参数进行分析并测试。针对近红外波段CO和H2S气体吸收谱线弱的问题,提出独立放大电路方案,研制样机并通入混合组分气体进行验证。根据获得二次谐波曲线和浓度随时间变化曲线表明,该系统目前可以实现的检测限为CO 10 ppm,H2S 4 ppm,HF 1 ppm,可以满足高灵敏度SF6分解气在线监测和故障预警需求。

非水平海底情况下海底地震波时域有限差分数值模拟

研究复杂海洋环境中海底地震波激发及其传播特性,对海底物理力学特性研究、资源勘探等具有重要的意义.目前针对时域海底地震波的研究大都局限于水平分层的情况,而实际的海底地质条件比较复杂,基于理想环境假设得出的数值解与实际差别较大.本文在考虑倾斜、隆起等非水平海底模型的情形下,采用时间2阶精度、空间10阶精度的交错网格有限差分方法,同时结合多轴完全匹配层边界条件,对复杂海洋环境下的海底地震波进行时域数值模拟与分析.利用计算得到的声场时域波形,分析了复杂海洋环境下海底地震波的传播特性.结果表明,采用空间高阶精度的交错网格有限差分方法,可改善数值计算中的频散问题;同时采用多轴完全匹配层替代传统的完全匹配层,解决了液-固介质中远距离声场数值模拟不稳定的问题.在含倾斜与隆起构造的复杂海底模型中,海底基岩隆起改变了Scholte波的传播方向,更有利于在较浅深度处接收到Scholte波.

SF_6分解气的近红外在线检测技术研究

为满足SF_6绝缘电气设备故障监测与预警的实际需求,分析了国内分解气检测研究现状。对比近红外与中红外吸收光谱检测技术,提出近红外吸收光谱技术在线检测的技术方案。计算分析待测气体特征谱线的吸收系数、吸收光程和电路信噪比对精度的影响,完成系统参数设计。提出SF_6分解气在线检测系统方案,实现对H_2S、HF和CO这3种气体测量。数据分析表明,系统检测精度优于5×10^(-7),表明该系统满足电力行业在线测量的需求。

热管反应器内毛细燃烧的建模仿真

为了更合理地设计热管反应器,该文对热管反应器稳定运行时内部的毛细燃烧反应进行了研究。该文在燃烧边界层模型的基础上,结合自然对流扩散理论建立了毛细燃烧的数学模型,通过对比分析模型仿真结果与公开文献中的试验数据,得到了系统压力与吸液芯长度对毛细燃烧反应速率的影响规律。结果表明:毛细燃烧的反应速率随系统压力增加而增大,并与吸液芯高度的-1/4次方成正比,同时该模型可以较好地预测低压环境下的毛细燃烧反应速率。

多松弛时间格子Boltzmann方法的黏滞吸收边界

当介质的几何结构复杂或者内部存在强物性界面时,传统的地震波正演模拟方法的计算结果往往难以满足实际精细波场计算的要求。多松弛时间格子Boltzmann方法(MRT-LBM)是一种新兴数值模拟方法,具有稳定性好、计算精度高、边界处理灵活等优点。针对MRT-LBM数值模拟时面临的人工截断边界,提出了一种基于多松弛参数的黏滞吸收边界方案。由于边界反射的压制效果对衰减参数很敏感,因此通过大量数值模拟实验选择了最优参数组合,获得了适用性强的吸收边界条件。该吸收边界条件的算法简单,且可扩展性强。最后应用均匀模型和简单非均质模型验证了其吸收效果,并用复杂的BP模型验证了其适用性。

高功率激光合束的指向控制分析及研究进展

激光合束技术是获得数十千瓦至百千瓦功率激光的有效技术路径,是实现满足激光武器系统需求的激光光源关键技术。但在实际应用中,振动、温变、材料强激光吸收等因素都会对光束指向产生影响,从而降低各路激光的重合度,导致合束效果变差,光束指向的闭环反馈控制是解决上述问题、提高合束激光器及合束系统环境适应能力的关键。分析了指向偏差对合束效果的影响规律,介绍了指向控制技术的基本原理、关键技术和研究现状,给出了三种常见的指向控制器件工作的优缺点,并对指向控制技术发展趋势进行了展望。

针对SF_6分解气的多参数综合监测平台设计

设计了SF_6分解气多参数综合监测平台,选择多频正弦调制方法研发了基于FPGA的多通道锁相放大电路,并对多通道锁相放大原理进行了理论推导,提出一种多频调制信号的频率分配原则。搭建针对多组分气体的多参数综合监测平台,给出温度、压强、微水、SF_6纯度等传感器的集成方案。实验结果表明,本系统平台能够从较低浓度的H_2S、HF、CO混合气体中正确解调出二次谐波信号,不同气体的二次谐波之间干扰性较小,对弱吸收的CO气体信号提高2个数量级,实现了多组分微量气体的同时监测。