光纖Bragg光柵傳感的油浸式變壓器測(cè)溫系統(tǒng)

為了能夠切實(shí)有效的對(duì)于油侵式變壓器運(yùn)行過(guò)程中的溫度得到準(zhǔn)確的測(cè)量,本文設(shè)計(jì)了繞組電磁線內(nèi)置光纖光柵傳感器,該變壓器所呈現(xiàn)出的運(yùn)行安全性得到了切實(shí)有效的保障.由于內(nèi)置光纖光柵傳感器本身對(duì)于變壓器的絕緣性能沒(méi)有造成任何影響,并且其中所呈現(xiàn)出的溫度傳感性能也極為優(yōu)秀,這對(duì)于變壓器內(nèi)部溫度場(chǎng)變化的研究工作來(lái)說(shuō),起到了至關(guān)重要的作用.本篇文章主要針對(duì)內(nèi)置光纖光柵油侵式變壓器的研制進(jìn)行了全面詳細(xì)的探討,以期為我國(guó)變壓器的應(yīng)用安全提升作出貢獻(xiàn).

第37卷，增刊紅外與激光工程2008年4月 vol.37supplementinfraredandlaserengineeringapr.2008 收稿日期：2008-03-20 基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（50775180），西安理工大學(xué)特色研究計(jì)劃（102-210614） 作者簡(jiǎn)介：魏穎(1981-)，女，河北蠡縣人，碩士，主要研究方向?yàn)楣怆姕y(cè)量技術(shù)。email:weiying0312@126.com 導(dǎo)師簡(jiǎn)介：焦明星(1962-)，男，陜西高陵人，博士，教授，博士生導(dǎo)師、主要研究方向?yàn)榧す鈧鞲信c測(cè)量技術(shù)方面。email:jiaomx@xaut.edu.cn 保偏光纖bragg光柵傳感特性的實(shí)驗(yàn)研究 魏穎，焦明星

光纖Bragg光柵傳感原理及增敏技術(shù)

對(duì)光纖bragg光柵(fbg)溫度傳感在77k-150k和300k-500k之間進(jìn)行了測(cè)試,得出溫度與波長(zhǎng)的相關(guān)關(guān)系,并討論了常溫與低溫情況下的溫度與波長(zhǎng)關(guān)系不一致的原因.77k-150k情況下,溫度與波長(zhǎng)的非線性關(guān)系主要是由電偶極子所致有效折射率變化造成的;而300k-500k情況下,溫度與波長(zhǎng)近乎線性的關(guān)系主要是由此溫度范圍內(nèi)有效折射率恒定和石英光纖光柵的線膨脹系數(shù)所至。得到的理論公式與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合。

當(dāng)環(huán)境相對(duì)濕度發(fā)生變化時(shí),濕敏材料的某些物理特性也會(huì)隨之發(fā)生變化,將濕敏材料涂覆在光纖光柵上,光柵的波長(zhǎng)變化能直觀反映濕度的變化?；诖?文章設(shè)計(jì)了一種光纖bragg光柵的濕度傳感器,首先分析了該傳感器的傳感原理,接著制作了濕敏材料的傳感器,最后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試,結(jié)果表明:文章所制作的光纖bragg光柵濕度傳感器的穩(wěn)定性較好。

當(dāng)環(huán)境相對(duì)濕度發(fā)生變化時(shí),濕敏材料的某些物理特性也會(huì)隨之發(fā)生變化,將濕敏材料涂覆在光纖光柵上,光柵的波長(zhǎng)變化能直觀反映濕度的變化?；诖?文章設(shè)計(jì)了一種光纖bragg光柵的濕度傳感器,首先分析了該傳感器的傳感原理,接著制作了濕敏材料的傳感器,最后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試,結(jié)果表明：文章所制作的光纖bragg光柵濕度傳感器的穩(wěn)定性較好。

光纖傳感測(cè)溫系統(tǒng)

設(shè)計(jì)了一種對(duì)外加應(yīng)力應(yīng)變不敏感的光纖光柵溫度傳感器,通過(guò)雙層結(jié)構(gòu)消除外加應(yīng)力應(yīng)變對(duì)bragg波長(zhǎng)的偏移值影響。建立了光纖光柵溫度傳感器模型中溫度變化量與bragg波長(zhǎng)的偏移值的對(duì)應(yīng)關(guān)系。采用水浴法進(jìn)行測(cè)溫實(shí)驗(yàn),根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到光纖bragg光柵溫度傳感器的各項(xiàng)靜態(tài)性能指標(biāo)。

研制了一種雙套管式光纖bragg光柵溫度傳感器,以實(shí)現(xiàn)無(wú)外力作用的溫度測(cè)量。其中外套管隔離外加應(yīng)力應(yīng)變,在內(nèi)套管內(nèi)松弛地放置光柵以隔離封裝結(jié)構(gòu)的表觀熱應(yīng)變。引入引出尾纖穿過(guò)帶孔螺栓,以探測(cè)多個(gè)串聯(lián)光柵。為了避免光柵處于張拉狀態(tài),封裝在外套管1、外套管2和內(nèi)套管中的光纖余長(zhǎng)應(yīng)分別大于1.4mm,1.8mm和0.4mm。試驗(yàn)結(jié)果表明,該光柵傳感器的溫度響應(yīng)靈敏度為9.671×10-3nm/℃,溫度測(cè)量分辨率為0.1℃。當(dāng)水溫從20℃躍變到70℃時(shí),該傳感器的溫度響應(yīng)時(shí)間分別為t0.5=15±2s和t0.9=52±4s。當(dāng)水溫從70℃躍變到20℃時(shí),該傳感器的溫度響應(yīng)時(shí)間分別為t0.5=26±9s和t0.9=63±8s。

　第25卷第3期　　　　　　　　　　　　　　應(yīng)　用　激　光　　　　　　　　　　　　　　　vol.25,no.3 　2005年6月　　　　　　　　　　　　　　　　appliedlaser　　　　　　　　　　　　　　　june2005 f-p光纖傳感器及光纖bragg光柵傳感器 應(yīng)用于光纖智能夾層的研究 3 蘆吉云　梁大開(kāi)　李東升　潘曉文 (南京航空航天大學(xué)航空科技智能材料與結(jié)構(gòu)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,　南京210016) 　　提要　本文對(duì)嵌入f-p光纖傳感器和bragg光柵光纖傳感器的光纖智能夾層進(jìn)行了研究,實(shí)現(xiàn)了對(duì)應(yīng)變的測(cè)量。通過(guò) 對(duì)光纖智能夾層的理論分析和試驗(yàn)研究,分析了應(yīng)變對(duì)傳感系數(shù)的影響,研究了f-p光纖傳感器檢測(cè)的應(yīng)變與所受的載荷 及bragg光柵傳感器波長(zhǎng)變化量與應(yīng)變之間的關(guān)系。

技 術(shù) 創(chuàng) 新 中文核心期刊《微計(jì)算機(jī)信息》（測(cè)控自動(dòng)化）２００６年第２２卷第４－１期 ３６０元／年郵局訂閱號(hào)：８２－９４６《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用２００例》 傳感器與儀器儀表 光纖ｂｒａｇｇ光柵傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與應(yīng)變分析 ｒｅａｌ－ｔｉｍｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆｆｉｂｅｒｂａｇｇｇｒａｔｉｎｇｓｅｎｓｉｎｇｎｅｔｓａｎｄａｎａｌｙｚｉｎｇｏｆｖａｒｉａ－ ｔｉｏｎｏｆｓｔｒａｉｎ （１．昆明理工大學(xué)；２．云南航天質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)站）劉建平１趙永貴２孫宇２邱海濤１龍昊波１李川１ ｌｉｕ，ｊｉａｎｐｉｎｇｚｈａｏ，ｙｏｎｇｇｕｉｓｕｎ，ｙｕｑｉｕ，ｈａｉｔａｏｌｏｎｇ，ｈａｏｂｏｌｉ，ｃｈｕａｎ 摘要：作為一種絕對(duì)式傳感器，波長(zhǎng)調(diào)制式光纖ｂｒａｇｇ光柵傳感器對(duì)應(yīng)變的響應(yīng)為０．９ｐｍ／

在闡述光纖bragg光柵(fbg)傳感技術(shù)的工作原理和優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上,以昆明白泥井3#隧道為實(shí)例,提出fbg傳感器在隧道內(nèi)的鋪設(shè)方案及溫度補(bǔ)償技術(shù)。經(jīng)過(guò)對(duì)隧道斷面的24h連續(xù)監(jiān)測(cè),討論隧道內(nèi)最大溫差對(duì)bragg反射中心波長(zhǎng)變化的影響,并對(duì)隧道每一監(jiān)測(cè)斷面上溫度傳感系統(tǒng)所取得的bragg波長(zhǎng)值進(jìn)行可靠性的估計(jì),驗(yàn)證fbg監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性。對(duì)隧道進(jìn)行8個(gè)月的定期監(jiān)測(cè),并對(duì)隧道斷面的應(yīng)變變化情況進(jìn)行分析,分析結(jié)果表明:干濕季節(jié)交替是導(dǎo)致測(cè)點(diǎn)應(yīng)變波動(dòng)的重要因素,而雨季是致使測(cè)點(diǎn)應(yīng)變變化增大的主要原因。目前隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定;同時(shí),研究結(jié)果表明,fbg可準(zhǔn)確地測(cè)出隧道的應(yīng)變分布,將其應(yīng)用于隧道變形監(jiān)測(cè)中是可行和有效的。

溫度監(jiān)測(cè)是預(yù)防電力電纜大量使用引發(fā)事故的常規(guī)方法,通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外4種常用電力電纜測(cè)溫技術(shù)的分析,認(rèn)為光纖光柵溫度傳感技術(shù)抗電磁干擾能力強(qiáng),布置靈活,可實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)溫度的快速準(zhǔn)確測(cè)量;闡述了光纖光柵傳感器的測(cè)溫原理;實(shí)際應(yīng)用表明,利用光纖光柵傳感器監(jiān)測(cè)電力電纜溫度安全可靠、精度高、監(jiān)測(cè)距離遠(yuǎn)。

第25卷第5期 2003年5月 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào) journalofwuhanuniversityoftechnology vol.25no.5 may2003 文章編號(hào):16714431(2003)05000703 新型光纖bragg光柵振動(dòng)傳感技術(shù)* 梁磊周雪芳信思金趙申陳大雄 (武漢理工大學(xué)) 摘要:介紹了振動(dòng)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,針對(duì)存在的問(wèn)題,結(jié)合光纖bragg光柵傳感系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn),提出了一種新型的 光纖bragg光柵振動(dòng)傳感系統(tǒng),并進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究。 關(guān)鍵詞:光纖;bragg光柵;振動(dòng)傳感器 中圖分類號(hào):tp212.14文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:a 收稿日期:20030125. 作者簡(jiǎn)介:梁磊(1963),男,副教授;武漢,武漢理工

提出了一種基于光纖bragg光柵的溫度傳感器,闡述了光纖bragg光柵的溫度傳感機(jī)理,用2個(gè)相同的光纖bragg光柵構(gòu)成折疊式mach-zehnder(m-z)干涉儀,其中一個(gè)光柵作為參考臂,另一個(gè)作為傳感臂:采用外差探測(cè)技術(shù)來(lái)測(cè)量外界的溫度物理量。當(dāng)溫度發(fā)生變化,bragg光柵的波長(zhǎng)也隨之改變。外差探測(cè)用來(lái)探測(cè)傳感臂和參考臂由于溫度變化引起的輸出信號(hào)的頻率差異。對(duì)其動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍和靈敏度也進(jìn)行了分析。

通過(guò)對(duì)三種光纖bragg光柵傳感器的實(shí)驗(yàn)研究，得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，表明光纖光柵傳感器用于油庫(kù)狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)是可行的。該文介紹了分布式監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的一種新型技術(shù)——光纖bragg光柵監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，指出了其相對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)所具有的獨(dú)特優(yōu)越性。最后，提出了一種基于光纖bragg光柵傳感技術(shù)的油庫(kù)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。

油氣井溫度數(shù)據(jù)在地質(zhì)資料解釋和油氣井監(jiān)測(cè)方面作用明顯。但傳統(tǒng)的井溫測(cè)量?jī)x器在井溫測(cè)量時(shí)存在靈敏度不夠高、不能在極限環(huán)境使用等缺點(diǎn)。光纖bragg光柵溫度傳感器作為新一代溫度測(cè)量技術(shù)的代表,具有體積小、質(zhì)量輕、抗輻射等傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì),本文對(duì)其傳感原理、傳感器結(jié)構(gòu)、應(yīng)用等方面做了闡述。

直接監(jiān)測(cè)電力設(shè)備內(nèi)部元件所受應(yīng)力可以直觀反映電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)手段不能直接深入電力設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行檢測(cè).研制了一種帶溫度補(bǔ)償?shù)墓饫wbragg光柵應(yīng)變傳感器,可以對(duì)電力設(shè)備內(nèi)部元件所受應(yīng)力和溫度進(jìn)行檢測(cè).研制的應(yīng)變傳感器選取了35kv干式空心電抗器作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,監(jiān)測(cè)了一次干式電抗器固化過(guò)程中包封所受應(yīng)力和溫度的變化趨勢(shì).將為變電站內(nèi)高壓電力設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控提供理論和實(shí)踐依據(jù).

為避免外加應(yīng)力應(yīng)變對(duì)溫度傳感器光柵的影響,提出了一種利用雙鋼管套裝來(lái)隔離外加應(yīng)力應(yīng)變的方法。傳感器兩端留有尾纖,可實(shí)現(xiàn)多個(gè)傳感器波分復(fù)用。為了防止因溫度和外加應(yīng)力應(yīng)變所導(dǎo)致的套管形變而產(chǎn)生光纖拉伸,封裝在兩個(gè)鋼管中的預(yù)留光纖長(zhǎng)度應(yīng)大于0.69mm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,溫度在0℃~80℃之間變化時(shí),靈敏度達(dá)到10pm/℃,線性度較好,可實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度的高精度連續(xù)監(jiān)測(cè)。

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)海水溫度監(jiān)測(cè),設(shè)計(jì)了一套浮標(biāo)式光纖布喇格光柵遠(yuǎn)程測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)合了fbg傳感技術(shù)和labview技術(shù),以pc機(jī)、無(wú)線數(shù)傳模塊、工控機(jī)、解調(diào)儀等為主要硬件搭建。實(shí)現(xiàn)了傳感器的數(shù)據(jù)采集、處理、傳輸、顯示、存儲(chǔ)及浮標(biāo)定位等功能。通過(guò)海試證實(shí)了系統(tǒng)的可行性及可靠性,同時(shí)該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中體現(xiàn)了便捷,快速的優(yōu)勢(shì)。

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本文概述了光纖bragg光柵傳感器(fbg)的組成、原理、類型及特點(diǎn),介紹了目前光纖bragg光柵傳感器在國(guó)外橋梁工程中的研究及應(yīng)用情況以及國(guó)內(nèi)應(yīng)用實(shí)例,并分析了現(xiàn)有應(yīng)用的不足之處,指出了光纖bragg光柵傳感器在橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)應(yīng)用中的發(fā)展方向。