光纖Bragg光柵溫度傳感器在井溫測量中的應用

研制了一種雙套管式光纖bragg光柵溫度傳感器,以實現(xiàn)無外力作用的溫度測量。其中外套管隔離外加應力應變,在內(nèi)套管內(nèi)松弛地放置光柵以隔離封裝結構的表觀熱應變。引入引出尾纖穿過帶孔螺栓,以探測多個串聯(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)套管中的光纖余長應分別大于1.4mm,1.8mm和0.4mm。試驗結果表明,該光柵傳感器的溫度響應靈敏度為9.671×10-3nm/℃,溫度測量分辨率為0.1℃。當水溫從20℃躍變到70℃時,該傳感器的溫度響應時間分別為t0.5=15±2s和t0.9=52±4s。當水溫從70℃躍變到20℃時,該傳感器的溫度響應時間分別為t0.5=26±9s和t0.9=63±8s。

為避免外加應力應變對溫度傳感器光柵的影響,提出了一種利用雙鋼管套裝來隔離外加應力應變的方法。傳感器兩端留有尾纖,可實現(xiàn)多個傳感器波分復用。為了防止因溫度和外加應力應變所導致的套管形變而產(chǎn)生光纖拉伸,封裝在兩個鋼管中的預留光纖長度應大于0.69mm。實驗結果表明,溫度在0℃~80℃之間變化時,靈敏度達到10pm/℃,線性度較好,可實現(xiàn)對環(huán)境溫度的高精度連續(xù)監(jiān)測。

光纖溫度傳感器匯總.-光纖溫度傳感器 (2)

光纖溫度傳感器匯總.-光纖溫度傳感器

(完整版)光纖光柵溫度傳感器

光纖光柵溫度傳感器

對光纖bragg光柵(fbg)溫度傳感在77k-150k和300k-500k之間進行了測試,得出溫度與波長的相關關系,并討論了常溫與低溫情況下的溫度與波長關系不一致的原因.77k-150k情況下,溫度與波長的非線性關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,溫度與波長近乎線性的關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驗結果符合。

基于光纖bragg光柵的波長變化受光纖纖芯的有效折射率和光柵周期的影響,通過測量光纖bragg光柵的反射波長的變化,可以探知環(huán)境物理量的變化。在假設壓力場和軸向應力場保持恒定的基礎上得到的溫度傳感模型,結合三峽大壩壩前水溫監(jiān)測的要求,建議采用溫度與波長的二次式關系。其標定結果能夠滿足要求,并且監(jiān)測的結果較好。

針對醫(yī)療行業(yè)對人體測溫的需要,研制了一種以裸光纖bragg光柵為傳感元件的光纖光柵溫度傳感器,并對其溫度特性進行了研究.采用恒溫水浴對工作波長為1557nm和1547nm附近的2只光纖光柵傳感器進行溫度定標.結果表明,在34～48℃范圍內(nèi),光纖光柵的中心波長隨溫度的變化呈現(xiàn)良好的線性關系,相關系數(shù)分別為0.9983和0.9974,光纖光柵溫度傳感器的測溫標準偏差分別為0.239℃和0.245℃,可應用于醫(yī)療中人體溫度的實時監(jiān)測.

直接監(jiān)測電力設備內(nèi)部元件所受應力可以直觀反映電力設備的運行狀態(tài),傳統(tǒng)的監(jiān)測手段不能直接深入電力設備內(nèi)部進行檢測.研制了一種帶溫度補償?shù)墓饫wbragg光柵應變傳感器,可以對電力設備內(nèi)部元件所受應力和溫度進行檢測.研制的應變傳感器選取了35kv干式空心電抗器作為實驗對象,監(jiān)測了一次干式電抗器固化過程中包封所受應力和溫度的變化趨勢.將為變電站內(nèi)高壓電力設備的實時監(jiān)控提供理論和實踐依據(jù).

介紹了一種實用化的新型光纖輻射溫度傳感器,分別采用單波段亮度法和雙波段比色法,實現(xiàn)了700℃～1000℃和1000℃～1600℃兩個范圍的溫度測量。它彌補了使用計算機根據(jù)遺傳算法進行測量時存儲器中探測器件的特征值、工作時間、工作條件以及被測對象的表面狀態(tài)等因素帶來的測量誤差。這種傳感器可以直接顯示溫度測量結果和由鍵盤或上位機鍵入的溫度值。它有一個控制功能模塊,可以直接輸出模擬信號或開/關控制信號,形成閉合的控制回路,輸出是4～20ma的直流信號疊加hart協(xié)議的數(shù)字信號,可實現(xiàn)與其他設備的正常通信。同時,該傳感器還具備完善的自我診斷功能。

采用靶式結構作為光纖bragg光柵流量傳感器的換能元件,其中兩片光柵分別粘貼于等強度懸臂梁的上下兩表面。采用雙光柵粘貼方式對傳感器進行溫度補償,有效的解決了應變與溫度交叉敏感的問題,提高了測量靈敏度。實驗表明該靶式光纖bragg光柵流量傳感器的載荷響應靈敏度為33.6pm/kg,測量精度為0.5%。

介紹了光纖布拉格光柵傳感器測溫的基本原理以及一些布拉格光纖的封裝方法,在此基礎之上探討了一種新型的布拉格光纖光柵的封裝方法即用鋼條對布拉格光纖光柵進行封裝,并通過實驗對祼光柵和封裝后光柵的溫度特性進行了研究.實驗采用了恒溫水浴裝置,在25℃至70℃溫度范圍使用了中心波長為1530.5nm的光纖布拉格光柵進行測量.先進行了祼光柵的測量,在光柵封裝之后又進行了測量.實驗結果表明,光纖光柵在封裝之后溫度靈敏度為裸光柵的2.5倍.其線性擬合度達到0.996.

介紹了光纖光柵溫度傳感器的金屬管封裝技術,通過實驗研究其溫度傳感特性。采用熱膨脹系數(shù)不同的內(nèi)徑r=1mm,壁厚d=0.5mm,長度l=100mm管式結構的金屬材料對光纖光柵進行貼壁封裝實驗時,得到黃銅管封裝的傳感靈敏度為14.9pm/℃,紫銅管封裝的為14.6pm/℃,不銹鋼管封裝的為12.0pm/℃,它們分別是裸光柵的1.66倍、1.62倍和1.33倍,意味著熱膨脹系數(shù)大的封裝材料傳感靈敏度更高。實驗表明,軸向封裝的光柵,傳感靈敏度還與其同管內(nèi)壁的間距有關,間距越小靈敏度越高。

提出了一種新型分布式光纖光柵溫度監(jiān)測系統(tǒng),可以實現(xiàn)電纜溫度的實時在線監(jiān)測?；跓醾鲗Х匠毯瓦吔鐥l件的基礎上,采用有限元法對電纜溫度場進行了分析,為監(jiān)測電纜溫度提供了理論依據(jù)。光纖光柵本身不帶電,抗輻射和電磁干擾能力強,耐高壓和腐蝕,非常適合用做高壓電力環(huán)境中的溫度傳感器。通過光纖光柵的溫度特性實驗,在20~100℃的溫度范圍內(nèi),光纖光柵的中心波長隨溫度變化呈良好的線性,線性度達到99.8%。通過對標準的熱電偶溫度傳感器與光纖光柵溫度傳感器的對比實驗,表明該系統(tǒng)測量時間-溫度變化曲線跟隨性好,溫度差均小于1℃,符合電力電纜溫度狀態(tài)在線監(jiān)測的使用要求。

1封裝結構的性能要求用于隧道火災檢測的光纖光柵溫度傳感器首先要能對火災快速響應,但普通封裝結構會導致光纖光柵溫度傳感器的靈敏度較低,影響傳感器快速響應隧道中溫度變化,因此必須重新設計適合隧道火災檢測用光纖光柵溫度傳感器的封裝結構。隧道環(huán)境比較惡劣,光纖光柵溫度傳感器會受到各種拉力、剪切力等作用,這對于纖細(外徑約為125μm)和脆性(主要成分是sio2)的光纖光柵是難以承受的,因

提出了一種光纖光柵的銅片封裝工藝,并通過實驗和理論分析研究了光纖光柵的應變和溫度傳感特性.與裸光纖光柵的測試結果相比,銅片封裝工藝基本不改變光纖光柵應變傳感的靈敏度,但是溫度靈敏度系數(shù)提高了2.78倍.經(jīng)過銅片封裝后的光纖光柵可以探測到的應變和溫度分別為1με和0.03℃,便于工程應用.

當環(huán)境相對濕度發(fā)生變化時,濕敏材料的某些物理特性也會隨之發(fā)生變化,將濕敏材料涂覆在光纖光柵上,光柵的波長變化能直觀反映濕度的變化。基于此,文章設計了一種光纖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,最后進行了實驗測試,結果表明：文章所制作的光纖bragg光柵濕度傳感器的穩(wěn)定性較好。

光纖光柵應變傳感器在測量過程中存在溫度和應變交叉影響的問題,且溫度對應力測量結果影響較大。為獲得精確的應力測量結果,必須大幅度減少或消除溫度的影響。目前參考光柵法或溫度測量系數(shù)修正法,難獲得理想的結果。文中提出以截面對稱的懸臂梁結構作為敏感元件,利用其上下表面拉壓異號等應變和溫度變化同應變的原理,通過在懸臂梁上下表面對稱粘貼兩根光纖光柵,利用結果差來消除溫度影響,并提高測量靈敏度。文中對此種溫度自補償新型光纖光柵應變傳感器的傳感性能進行了研究,并將此類傳感器安裝在拉索的錨具上進行索力測量。研究結果表明:研制的光纖光柵應變傳感器,能大幅度降低溫度的影響,達到溫度自補償?shù)哪康?將此類傳感器用于索力測量,具有較高的精度及靈敏度,能滿足工程應用的實際需要。

為了解決紡織工業(yè)中檢測系統(tǒng)和傳感器件可靠性低、壽命低和抗干擾能力差的問題,提出了一種新型的基于光纖光柵技術的測量紗線張力的傳感器。分析了光纖bragg光柵應變傳感器的基本原理并進行了相關實驗。實驗表明光纖bragg光柵應變傳感器具有良好的線性和重復性,系統(tǒng)靈敏度可以達到0.01gf。

光纖Bragg光柵傳感原理及增敏技術

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