长周期塑料光纤光栅温度传感系统

光纤光栅温度传感器

提出了一种光纤光栅的铜片封装工艺,并通过实验和理论分析研究了光纤光栅的应变和温度传感特性.与裸光纤光栅的测试结果相比,铜片封装工艺基本不改变光纤光栅应变传感的灵敏度,但是温度灵敏度系数提高了2.78倍.经过铜片封装后的光纤光栅可以探测到的应变和温度分别为1με和0.03℃,便于工程应用.

以n-异丙基丙烯酰胺(nipam)为单体、n,n'-亚甲基双丙烯酰胺(mbaa)为交联剂、安息香二甲醚(dmpa)为引发剂,利用紫外光引发聚合制备了一系列温度敏感性聚(n-异丙基丙烯酰胺)(pnipam)水凝胶,并对其性能进行了测定.结果表明,pnipam水凝胶的平衡膨胀比随着交联程度的变化而改变.当交联程度适当时,水凝胶可具有最大的溶胀比.在此研究基础上,利用浸渍提拉法在长周期光纤光栅(lpfg)包层外制备了pnipam水凝胶薄膜包覆层.研究了得到的lpfg传感器对温度和湿度的响应性,该类型传感器表现出对温度的灵敏响应性.

光纤传感、光纤光栅、光纤光栅传感 光纤传感技术由于光纤不仅可以作为光波的传输媒质，而且光波在光纤 中的传播时表征光波的特征参量（振幅、相位、偏振态、波长等）因外界因素 （如温度、压力、磁场、电场、位移等）的作用而间接或直接地发生变化，从 而可将光纤用作传感器元件来探测各种待测量（物理量、化学量和生物量）， 这就是光纤传感器的基本原理。光纤传感技术的分类光纤传感器可以分为传 感型（本征型）和传光型（非本征型）两大类。利用外界因素改变光纤中光的 特征参量，从而对外界因素进行计量和数据传输的，称为传感型光纤传感器， 它具有传感合一的特点，信息的获取和传输都在光纤之中。传光型光纤传感器 是指利用其它敏感元件测得的特征量，由光纤进行数据传输，它的特点是充分 利用现有的传感器，便于推广应用。这两类光纤传感器都可再分成光强调制、 相位调制、偏振态调制和波长调制等几种形式。光纤传感器的特点1、

针对医疗行业对人体测温的需要,研制了一种以裸光纤bragg光栅为传感元件的光纤光栅温度传感器,并对其温度特性进行了研究.采用恒温水浴对工作波长为1557nm和1547nm附近的2只光纤光栅传感器进行温度定标.结果表明,在34～48℃范围内,光纤光栅的中心波长随温度的变化呈现良好的线性关系,相关系数分别为0.9983和0.9974,光纤光栅温度传感器的测温标准偏差分别为0.239℃和0.245℃,可应用于医疗中人体温度的实时监测.

对光纤bragg光栅(fbg)温度传感在77k-150k和300k-500k之间进行了测试,得出温度与波长的相关关系,并讨论了常温与低温情况下的温度与波长关系不一致的原因.77k-150k情况下,温度与波长的非线性关系主要是由电偶极子所致有效折射率变化造成的;而300k-500k情况下,温度与波长近乎线性的关系主要是由此温度范围内有效折射率恒定和石英光纤光栅的线膨胀系数所至。得到的理论公式与实验结果符合。

光纤光栅传感器光纤光栅传感器

介绍了光纤光栅温度传感器的金属管封装技术,通过实验研究其温度传感特性。采用热膨胀系数不同的内径r=1mm,壁厚d=0.5mm,长度l=100mm管式结构的金属材料对光纤光栅进行贴壁封装实验时,得到黄铜管封装的传感灵敏度为14.9pm/℃,紫铜管封装的为14.6pm/℃,不锈钢管封装的为12.0pm/℃,它们分别是裸光栅的1.66倍、1.62倍和1.33倍,意味着热膨胀系数大的封装材料传感灵敏度更高。实验表明,轴向封装的光栅,传感灵敏度还与其同管内壁的间距有关,间距越小灵敏度越高。

提出了一种新型分布式光纤光栅温度监测系统,可以实现电缆温度的实时在线监测。基于热传导方程和边界条件的基础上,采用有限元法对电缆温度场进行了分析,为监测电缆温度提供了理论依据。光纤光栅本身不带电,抗辐射和电磁干扰能力强,耐高压和腐蚀,非常适合用做高压电力环境中的温度传感器。通过光纤光栅的温度特性实验,在20~100℃的温度范围内,光纤光栅的中心波长随温度变化呈良好的线性,线性度达到99.8%。通过对标准的热电偶温度传感器与光纤光栅温度传感器的对比实验,表明该系统测量时间-温度变化曲线跟随性好,温度差均小于1℃,符合电力电缆温度状态在线监测的使用要求。

光纤温度传感器汇总.-光纤温度传感器

光纤温度传感器汇总.-光纤温度传感器 (2)

介绍了一种利用光纤f-p滤波器解调的、可同时测量应变及温度两种参数的光纤光栅传感系统。将一个光纤光栅的长度分成相等的两部分,其中一部分的两端固定在一块钢板上,另一部分处于自由状态。根据这两部分光纤光栅对应变及温度的不同感应,实现对应变及温度的同时测量。可利用波分复用技术实现对分布式应变及温度的测量。应变、温度的测量分辨率分别可达1.3με及0.12℃。

提出了一种基于级联长周期光纤光栅的光纤布拉格光栅解调系统。级联长周期光纤光栅作为边沿滤波器,利用它的一个线性区监测单个光纤布拉格光栅传感信号。该系统具有结构简单、价格低等优点,但易受光源抖动及系统其他不稳定因素等带来的系统噪声的影响。为消除系统噪声带来的不利影响,对该系统进行了改进。改进系统利用级联长周期光纤光栅的两个线性区同时监测两个光纤布拉格光栅传感信号。分别用原系统及其改进系统对温度进行监测,实验的温度测量范围为-70～-115°c。原系统的灵敏度为0.49mv/°c,温度分辨率为0.5°c;改进系统的灵敏度为0.86mv/°c,温度分辨率为0.3°c。实验结果表明改进系统能有效消除系统噪声,提高系统的精度。

提出了一种新型光纤bragg光栅(fbg)的倾斜传感器,其结构由通过4根等长的刻有光栅的光纤悬挂在圆盘上的重物组成,4根光纤与圆盘的粘接点均匀分布在圆盘边缘,每根光纤的另一端共同下拉一重物,使每根fbg的受力均匀。当整个平台倾斜时,每根fbg的受力发生变化,从而导致每根fbg的反射(透射)中心波长发生变化,并通过光谱仪测出波长的变化,从中得到每两根对称fbg在不同倾斜角下的波长差,建立相应的波长差与倾斜角的数学模型。实验表明:该倾斜传感器可以达到0.2°的测量精度,并且消除了外界环境温度的影响,应用灵活性高;而且传感器的准确度和精度可通过增加重物质量、减小每对光纤间的夹角来提高。

提出并研究了一种新颖的钟摆式光纤光栅(fbg)二维倾斜角传感器,其摆杆顶端采用圆锥结构,两个fbg沿着母线方向并间隔四分之一圆周粘贴在圆锥表面,摆杆下端固定一定质量的重物。在倾斜角发生变化时,圆锥表面产生的沿着母线方向梯度分布的应变场使fbg产生啁啾效应。利用功率谱平坦的宽带光源,通过监测两个fbg的反射光强变化,可实现二维倾斜传感。此外,由于光纤光栅的反射光强不随温度变化,所以该传感器的测量对温度不敏感。实验在±4°范围内测得该传感器的灵敏度为1.96μw/(°),精度为±0.125°。

设计并实验研究了一种基于机械微应变引入长周期光纤光栅(mlpfg)的横向压力传感系统。利用机械线加工技术制作周期为600μm,长度为60mm的不锈钢压力槽板,测定了槽板对待写制光纤施加的横向压力与mlpfg谐振峰峰值之间的关系,并借助布拉格光纤光栅(fbg)搭建了高精度横向压力解调系统。实验表明,在0～60n的范围内,压力与mlpfg透射谱深度有很好的线性关系,线性度达0.9950,灵敏度约为0.35db/n。保持45n的压力20h,mlpfg谐振峰峰值最大波动小于0.06db,具备良好的稳定性。采用中心波长为1542.890nm的fbg实现了系统解调,系统灵敏度为0.12μw/n,进一步提高了检测系统的实用性。

油气井温度数据在地质资料解释和油气井监测方面作用明显。但传统的井温测量仪器在井温测量时存在灵敏度不够高、不能在极限环境使用等缺点。光纤bragg光栅温度传感器作为新一代温度测量技术的代表,具有体积小、质量轻、抗辐射等传统测量仪器无法比拟的优势,本文对其传感原理、传感器结构、应用等方面做了阐述。

1封装结构的性能要求用于隧道火灾检测的光纤光栅温度传感器首先要能对火灾快速响应,但普通封装结构会导致光纤光栅温度传感器的灵敏度较低,影响传感器快速响应隧道中温度变化,因此必须重新设计适合隧道火灾检测用光纤光栅温度传感器的封装结构。隧道环境比较恶劣,光纤光栅温度传感器会受到各种拉力、剪切力等作用,这对于纤细(外径约为125μm)和脆性(主要成分是sio2)的光纤光栅是难以承受的,因

超声波金属焊接具有低温、低压及低能耗的加工优点,可用于埋入智能单元光纤布拉格光栅传感器(fbg),制备3d智能金属结构。而在埋入金属基体过程中fbg易应力失效。采用复合镀镍方法对fbg进行预保护,基于金属化fbg(mfbg)使用超声波焊接工艺埋入至厚度300μm的aa6061铝基体中,以获得3d智能金属结构。结果表明:超声波焊接下mfbg可埋入铝基体中;对超声波焊接制备的3d智能金属结构进行了温度传感与透射谱检测分析,温度灵敏度提高了1倍多,且温度传感线性度较好,有效抑制了温度交叉敏感性;埋入铝基体后fbg谐振谱布拉格峰出现了蓝移与峰值损耗降低。

基于拉曼散射原理设计了分布式光纤光栅测温系统。以labview为开发平台,对系统的数据采集和处理部分进行了软硬件设计。通过检测anti-stokes光和stokes光两者光强的比值解调出散射区的温度信息,利用软件去噪算法改善系统信噪比,提高了系统的测量精度。通过测量精度试验验证,系统精度较高,能实现光纤沿线温度的分布式测量,为分布式光纤测温技术在电缆温度在线监测中的应用提供了重要参考。

设计了用于开关柜母线、静触头温度监测的光纤光栅温度在线监测系统,系统所用光纤光栅温度传感器采用了应变不敏感封装,避免了传感器在安装及测试过程中应变对测量结果的影响,提高了温度监测准确度及可靠性。经测试,采用上述封装结构的光纤光栅温度传感器温度特性与裸光栅温度特性一致,该监测系统至今已连续运行1a多,工作状态良好。

光纤光栅感温探测系统