光纖光柵傳感技術(shù)及其在石油工業(yè)中的應(yīng)用

光纖光柵是一種新型的光無源器件，它的出現(xiàn)使光纖由被動(dòng)的傳輸介質(zhì)轉(zhuǎn)化為主動(dòng)的光子器件，并以其獨(dú)特的優(yōu)勢在光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

光纖光柵是一種新型的光無源器件,它的出現(xiàn)使光纖由被動(dòng)的傳輸介質(zhì)轉(zhuǎn)化為主動(dòng)的光子器件,并以其獨(dú)特的優(yōu)勢在光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

采用耦合波理論分析了光纖光柵對光的反射機(jī)理及其傳感原理,提出了光纖光柵在溫度測量和位移測量中的應(yīng)用方案,給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果,展望了光纖光柵在光纖傳感和光纖通信方面的應(yīng)用前景.

光纖傳感、光纖光柵、光纖光柵傳感 光纖傳感技術(shù)由于光纖不僅可以作為光波的傳輸媒質(zhì)，而且光波在光纖 中的傳播時(shí)表征光波的特征參量（振幅、相位、偏振態(tài)、波長等）因外界因素 （如溫度、壓力、磁場、電場、位移等）的作用而間接或直接地發(fā)生變化，從 而可將光纖用作傳感器元件來探測各種待測量（物理量、化學(xué)量和生物量）， 這就是光纖傳感器的基本原理。光纖傳感技術(shù)的分類光纖傳感器可以分為傳 感型（本征型）和傳光型（非本征型）兩大類。利用外界因素改變光纖中光的 特征參量，從而對外界因素進(jìn)行計(jì)量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，稱為傳感型光纖傳感器， 它具有傳感合一的特點(diǎn)，信息的獲取和傳輸都在光纖之中。傳光型光纖傳感器 是指利用其它敏感元件測得的特征量，由光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，它的特點(diǎn)是充分 利用現(xiàn)有的傳感器，便于推廣應(yīng)用。這兩類光纖傳感器都可再分成光強(qiáng)調(diào)制、 相位調(diào)制、偏振態(tài)調(diào)制和波長調(diào)制等幾種形式。光纖傳感器的特點(diǎn)1、

本文通過對光纖結(jié)構(gòu)及原理的了解,解釋了光纖中光波傳播的主要特點(diǎn)。在了解了光纖光柵傳感器構(gòu)造及工作原理的同時(shí),以鋼板-混凝土結(jié)構(gòu)材料為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?利用光纖光柵傳感器作為檢測儀器,通過在鋼板-混凝土材料構(gòu)成的橋面上布置不同數(shù)量和種類的fbg,同時(shí)認(rèn)為施加不同載荷,觀察fbg的檢測結(jié)果和檢測數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)證明,光纖光柵傳感器對于鋼板-混凝土組成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行的無損檢測,其安全系數(shù)和檢測效率較其他無損檢測技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢。

光纖光柵傳感器光纖光柵傳感器

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)過對隧道斷面的24h連續(xù)監(jiān)測,討論隧道內(nèi)最大溫差對bragg反射中心波長變化的影響,并對隧道每一監(jiān)測斷面上溫度傳感系統(tǒng)所取得的bragg波長值進(jìn)行可靠性的估計(jì),驗(yàn)證fbg監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性。對隧道進(jìn)行8個(gè)月的定期監(jiān)測,并對隧道斷面的應(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)致測點(diǎn)應(yīng)變波動(dòng)的重要因素,而雨季是致使測點(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)確地測出隧道的應(yīng)變分布,將其應(yīng)用于隧道變形監(jiān)測中是可行和有效的。

隨著科技的進(jìn)步,近幾年光纖傳感技術(shù)得到了飛速的發(fā)展,并將光纖傳感技術(shù)應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的研究也有了快速穩(wěn)定的發(fā)展。由于光纖光柵傳感器因其自身諸多優(yōu)點(diǎn),非常適合在極端情況下對于飛行器結(jié)構(gòu)各種參量的測量。本文首先分析航空航天領(lǐng)域內(nèi)對于飛行器結(jié)構(gòu)測量的實(shí)際需求,提出將光纖光柵傳感技術(shù)應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域,其次介紹了光纖傳感的原理,后分類討論了將光纖光柵傳感技術(shù)應(yīng)用在不同的場景,最后對光纖傳感技術(shù)在航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用前景進(jìn)行展望。

本文在光纖bragg光柵理論研究基礎(chǔ)上,結(jié)合理論計(jì)算,著重對光纖傳感技術(shù)在特大跨橋梁施工監(jiān)測中的應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,論證了光纖光柵用于大型橋梁施工監(jiān)測的優(yōu)越性,具有廣闊的應(yīng)用前景。

分析研究了光纖光柵傳感與測試技術(shù)在大型土木工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測中的應(yīng)用;通過在加固后重載吊車梁圓弧端頭的應(yīng)力測試,對光柵傳感器在結(jié)構(gòu)測試中的布設(shè)、連接和監(jiān)測等進(jìn)行了測試與研究,測試結(jié)果表明:該測試技術(shù)的測試數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠,與理論計(jì)算結(jié)果吻合較好,是進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全健康監(jiān)測的有效手段.

分析了國內(nèi)現(xiàn)有的隧道火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀,介紹了光纖光柵傳感技術(shù)的原理,闡述了這一新技術(shù)在工程應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn),并提出了基于光纖光柵感溫探測器的隧道火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng),并結(jié)合工程實(shí)例介紹了該系統(tǒng)在隧道火災(zāi)監(jiān)控中的應(yīng)用。

高速鐵路列車運(yùn)行速度快,行車密度大,對直接承載列車運(yùn)行的軌道結(jié)構(gòu)有嚴(yán)格的要求。采用光纖光柵傳感技術(shù)對軌道結(jié)構(gòu)服役狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測,并根據(jù)關(guān)鍵位置可能發(fā)生的破壞建立預(yù)警應(yīng)對系統(tǒng),有助于運(yùn)營維護(hù)部門及時(shí)發(fā)現(xiàn)軌道結(jié)構(gòu)存在的問題,通過采取相應(yīng)措施確保線路運(yùn)營的安全性和平穩(wěn)性。本文結(jié)合目前已在國內(nèi)運(yùn)營高鐵線路上實(shí)施的監(jiān)測案例,對光纖光柵傳感技術(shù)應(yīng)用在高速鐵路軌道狀態(tài)監(jiān)測中的方法、優(yōu)點(diǎn)以及存在的問題進(jìn)行探討,并提出相應(yīng)的優(yōu)化改進(jìn)措施,為高速鐵路軌道狀態(tài)監(jiān)測的發(fā)展提供實(shí)踐依據(jù)。

隨著科技的進(jìn)步,近幾年光纖傳感技術(shù)得到了飛速的發(fā)展,并將光纖傳感技術(shù)應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的研究也有了快速穩(wěn)定的發(fā)展.由于光纖光柵傳感器因其自身諸多優(yōu)點(diǎn),非常適合在極端情況下對于飛行器結(jié)構(gòu)各種參量的測量.本文首先分析航空航天領(lǐng)域內(nèi)對于飛行器結(jié)構(gòu)測量的實(shí)際需求,提出將光纖光柵傳感技術(shù)應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域,其次介紹了光纖傳感的原理,后分類討論了將光纖光柵傳感技術(shù)應(yīng)用在不同的場景,最后對光纖傳感技術(shù)在航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用前景進(jìn)行展望.

為了滿足橋梁頂推法施工監(jiān)控的復(fù)雜要求,分析了光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)和原理;研究了應(yīng)變和溫度交叉敏感以及波長解調(diào)等光纖bragg光柵(fbg)傳感技術(shù)應(yīng)用中的關(guān)鍵問題。根據(jù)對橋墩受力變形的分析,結(jié)合實(shí)例設(shè)計(jì)了傳感器參數(shù)。將虛擬儀器與fbg傳感器相結(jié)合,可以利用虛擬儀器技術(shù)在信號采集、分析、存儲和傳輸?shù)确矫娴膬?yōu)勢,實(shí)現(xiàn)光纖光柵解調(diào)與施工監(jiān)控于一體,保證了施工安全和橋梁質(zhì)量。

光纖光柵傳感技術(shù)具有傳統(tǒng)傳感器無可比擬的優(yōu)勢,重大工程結(jié)構(gòu)的健康診斷與監(jiān)測是跨學(xué)科的前沿研究領(lǐng)域。介紹了光纖光柵傳感技術(shù)用于重大工程結(jié)構(gòu)的原理、國內(nèi)外研究以及在重大工程中應(yīng)用的概況,闡述了基于光纖光柵傳感技術(shù)和應(yīng)變模態(tài)理論的損傷自診斷智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的基本構(gòu)成、原理,并指出近期應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)光纖光柵傳感技術(shù)的結(jié)構(gòu)診斷、動(dòng)態(tài)解調(diào)、工業(yè)化批量生產(chǎn)及其埋設(shè)等方面研究工作。

隧道火災(zāi)自動(dòng)探測報(bào)警系統(tǒng)是隧道監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分之一,是保證公路隧道安全運(yùn)營,減少公路隧道發(fā)生火災(zāi)時(shí)人員傷亡與財(cái)產(chǎn)損失的重要手段。其作用是實(shí)時(shí)探測隧道環(huán)境溫度并迅速、可靠地發(fā)現(xiàn)和通報(bào)火情?？煽啃耘c誤報(bào)率是火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)備的兩大基本要素。本文分析了國內(nèi)現(xiàn)有的隧道火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀,介紹了光纖光柵傳感技術(shù)的原理,闡述了這一新技術(shù)在工程應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn),體現(xiàn)了和諧、環(huán)保、節(jié)約的設(shè)計(jì)理念,并提出了基于光纖光柵感溫探測器的隧道火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng),并結(jié)合工程實(shí)例介紹了該系統(tǒng)在隧道火災(zāi)監(jiān)控中的應(yīng)用。

光纖光柵傳感技術(shù)作為工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測的一種全新方法,因其具有較高的性價(jià)比而備受青睞;以橋梁靜載試驗(yàn)為例,詳細(xì)介紹了光纖光柵傳感原理和布設(shè)工藝;根據(jù)靜載試驗(yàn)得出的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)對橋梁健康狀況加以分析表明:光纖光柵傳感技術(shù)性能穩(wěn)定、數(shù)據(jù)能較好反映出實(shí)橋在荷載作用下的健康狀況。

橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測工作中,為促進(jìn)監(jiān)測水平提高,應(yīng)該結(jié)合實(shí)際工作需要,采取有效的技術(shù)措施,嚴(yán)格遵循工作流程,促進(jìn)監(jiān)測水平提高。提出了橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的影響因素,指出了橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的常見方法,分析了光纖光柵傳感技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測應(yīng)用存在的不足,并提出改進(jìn)和完善對策。

光纖光柵傳感健康監(jiān)測技術(shù)及其工程應(yīng)用項(xiàng)目源自遼寧省科學(xué)技術(shù)基金（20032120）、遼寧省科學(xué)技術(shù)重點(diǎn)基金（20042149）以及國家自然科學(xué)基金（50408031）。承擔(dān)單位為大連理工大學(xué)，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人為李宏男教授。本成果于2006年獲得遼寧省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)。光纖光柵可以埋入大型土木結(jié)構(gòu)并對其內(nèi)部的應(yīng)變等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的高分辨率和大范圍監(jiān)測，是未來智能結(jié)構(gòu)的集成光學(xué)神經(jīng)，也是目前結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測首選的傳感器。本項(xiàng)目圍繞埋入式光纖光柵傳感器的應(yīng)變傳遞機(jī)制、在非軸向力作用下光纖光柵傳感器的應(yīng)變傳遞率、

詳細(xì)論述了光纖布拉格光柵的傳感機(jī)制和光纖光柵溫度傳感及其感溫火災(zāi)報(bào)警工作原理,以及感溫光纖光柵報(bào)警器在油庫原油儲罐消防報(bào)警中的應(yīng)用。

隨著我國城市化水平的不斷提高,城市交通狀況越來越緊張,而城市軌道交通的建設(shè)與發(fā)展具有運(yùn)量大、快速安全以及環(huán)保等特點(diǎn),在緩解城市交通壓力,改善城市空氣環(huán)境質(zhì)量十分有利。為了確保軌道交通車輛安全運(yùn)行,對車輛運(yùn)行信號進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測極其重要,并且因?yàn)槌鞘熊壍澜煌ǖ倪\(yùn)營編組較小、密度較高、運(yùn)行時(shí)間間隔也比較短等特點(diǎn)使軌道交通的信號監(jiān)測需求比鐵路更大。而光纖光柵傳感技術(shù)的精度與靈敏度都比較高,并且可以有效防止電磁干擾,提高信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性與可靠性。因此,對光纖光柵傳感技術(shù)的應(yīng)用原理進(jìn)行分析,探討光纖光柵傳感技術(shù)在軌道交通車輛中的有效應(yīng)用,對提高軌道交通車輛運(yùn)行監(jiān)測水平有重要意義。

采用光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng),通過準(zhǔn)分布方式對某81m跨度預(yù)應(yīng)力柱面網(wǎng)殼干煤棚結(jié)構(gòu)的累積滑移法施工中的結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行全程監(jiān)控,確保了施工安全,并探討光纖光柵傳感器系統(tǒng)在施工監(jiān)測中的應(yīng)用。