光纖光柵溫度傳感器在開(kāi)關(guān)柜觸頭及母排溫度監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

針對(duì)醫(yī)療行業(yè)對(duì)人體測(cè)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(duì)其溫度特性進(jìn)行了研究.采用恒溫水浴對(duì)工作波長(zhǎng)為1557nm和1547nm附近的2只光纖光柵傳感器進(jìn)行溫度定標(biāo).結(jié)果表明,在34～48℃范圍內(nèi),光纖光柵的中心波長(zhǎng)隨溫度的變化呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)分別為0.9983和0.9974,光纖光柵溫度傳感器的測(cè)溫標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.239℃和0.245℃,可應(yīng)用于醫(yī)療中人體溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè).

介紹了光纖光柵溫度傳感器的金屬管封裝技術(shù),通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)度l=100mm管式結(jié)構(gòu)的金屬材料對(duì)光纖光柵進(jìn)行貼壁封裝實(shí)驗(yàn)時(shí),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(shí)驗(yàn)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(guān),間距越小靈敏度越高。

1封裝結(jié)構(gòu)的性能要求用于隧道火災(zāi)檢測(cè)的光纖光柵溫度傳感器首先要能對(duì)火災(zāi)快速響應(yīng),但普通封裝結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)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(yīng)隧道中溫度變化,因此必須重新設(shè)計(jì)適合隧道火災(zāi)檢測(cè)用光纖光柵溫度傳感器的封裝結(jié)構(gòu)。隧道環(huán)境比較惡劣,光纖光柵溫度傳感器會(huì)受到各種拉力、剪切力等作用,這對(duì)于纖細(xì)(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

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

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。

提出了一種新型分布式光纖光柵溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)電纜溫度的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。基于熱傳導(dǎo)方程和邊界條件的基礎(chǔ)上,采用有限元法對(duì)電纜溫度場(chǎng)進(jìn)行了分析,為監(jiān)測(cè)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(qiáng),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(guò)光纖光柵的溫度特性實(shí)驗(yàn),在20~100℃的溫度范圍內(nèi),光纖光柵的中心波長(zhǎng)隨溫度變化呈良好的線性,線性度達(dá)到99.8%。通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的熱電偶溫度傳感器與光纖光柵溫度傳感器的對(duì)比實(shí)驗(yàn),表明該系統(tǒng)測(cè)量時(shí)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(cè)的使用要求。

介紹了一種實(shí)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(shí)現(xiàn)了700℃～1000℃和1000℃～1600℃兩個(gè)范圍的溫度測(cè)量。它彌補(bǔ)了使用計(jì)算機(jī)根據(jù)遺傳算法進(jìn)行測(cè)量時(shí)存儲(chǔ)器中探測(cè)器件的特征值、工作時(shí)間、工作條件以及被測(cè)對(duì)象的表面狀態(tài)等因素帶來(lái)的測(cè)量誤差。這種傳感器可以直接顯示溫度測(cè)量結(jié)果和由鍵盤或上位機(jī)鍵入的溫度值。它有一個(gè)控制功能模塊,可以直接輸出模擬信號(hào)或開(kāi)/關(guān)控制信號(hào),形成閉合的控制回路,輸出是4～20ma的直流信號(hào)疊加hart協(xié)議的數(shù)字信號(hào),可實(shí)現(xiàn)與其他設(shè)備的正常通信。同時(shí),該傳感器還具備完善的自我診斷功能。

提出了一種光纖光柵的銅片封裝工藝,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論分析研究了光纖光柵的應(yīng)變和溫度傳感特性.與裸光纖光柵的測(cè)試結(jié)果相比,銅片封裝工藝基本不改變光纖光柵應(yīng)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(guò)銅片封裝后的光纖光柵可以探測(cè)到的應(yīng)變和溫度分別為1με和0.03℃,便于工程應(yīng)用.

第32卷第1期 2006年1月 　　　　　　　　　　　　　　　光學(xué)技術(shù) opticaltechnique 　　　　　　　　　　　　　　　 vol.32no.1 jan.　2006 　　文章編號(hào):100221582(2006)0120105203 匹配光纖光柵溫度傳感解調(diào)系統(tǒng) ξ 張治國(guó),余重秀,羅映祥,王葵如,張民,葉培大 (北京郵電大學(xué)電子工程學(xué)院光通信與光波技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京　100876) 摘　要:實(shí)驗(yàn)了一種基于一維調(diào)節(jié)器的光纖光柵靜態(tài)溫度(溫度緩變)探測(cè)系統(tǒng)。在系統(tǒng)中,一維調(diào)節(jié)器與步進(jìn)電 機(jī)相連,步進(jìn)電機(jī)由pc(計(jì)算機(jī))通過(guò)plc(可編程邏輯控制器)進(jìn)行控制,匹配光纖光柵被固定在一維調(diào)節(jié)器上用來(lái)解 調(diào)增敏光纖光柵傳感器探測(cè)到的溫度信號(hào),匹配光柵的bragg周期可通過(guò)

針對(duì)傳統(tǒng)壓力式溫度計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中易受電磁干擾和環(huán)境溫度影響的問(wèn)題,設(shè)計(jì)了一種適合高溫工作環(huán)境的氣體壓力式光纖bragg光柵溫度傳感器。該傳感器在壓力式溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上將壓力敏感元件替換為傳壓桿及等強(qiáng)度懸臂梁,建立傳感器理論數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行測(cè)溫試驗(yàn),將實(shí)測(cè)值與理論值進(jìn)行比較,證明該傳感器的設(shè)計(jì)可行,可用于有特殊環(huán)境要求的溫度檢測(cè)。

介紹了光纖布拉格光柵傳感器測(cè)溫的基本原理以及一些布拉格光纖的封裝方法,在此基礎(chǔ)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(duì)布拉格光纖光柵進(jìn)行封裝,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)祼光柵和封裝后光柵的溫度特性進(jìn)行了研究.實(shí)驗(yàn)采用了恒溫水浴裝置,在25℃至70℃溫度范圍使用了中心波長(zhǎng)為1530.5nm的光纖布拉格光柵進(jìn)行測(cè)量.先進(jìn)行了祼光柵的測(cè)量,在光柵封裝之后又進(jìn)行了測(cè)量.實(shí)驗(yàn)結(jié)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(dá)到0.996.

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。

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)。

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。

光纖光柵應(yīng)變傳感器在測(cè)量過(guò)程中存在溫度和應(yīng)變交叉影響的問(wèn)題,且溫度對(duì)應(yīng)力測(cè)量結(jié)果影響較大。為獲得精確的應(yīng)力測(cè)量結(jié)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(cè)量系數(shù)修正法,難獲得理想的結(jié)果。文中提出以截面對(duì)稱的懸臂梁結(jié)構(gòu)作為敏感元件,利用其上下表面拉壓異號(hào)等應(yīng)變和溫度變化同應(yīng)變的原理,通過(guò)在懸臂梁上下表面對(duì)稱粘貼兩根光纖光柵,利用結(jié)果差來(lái)消除溫度影響,并提高測(cè)量靈敏度。文中對(duì)此種溫度自補(bǔ)償新型光纖光柵應(yīng)變傳感器的傳感性能進(jìn)行了研究,并將此類傳感器安裝在拉索的錨具上進(jìn)行索力測(cè)量。研究結(jié)果表明:研制的光纖光柵應(yīng)變傳感器,能大幅度降低溫度的影響,達(dá)到溫度自補(bǔ)償?shù)哪康?將此類傳感器用于索力測(cè)量,具有較高的精度及靈敏度,能滿足工程應(yīng)用的實(shí)際需要。

基于光纖bragg光柵的波長(zhǎng)變化受光纖纖芯的有效折射率和光柵周期的影響,通過(guò)測(cè)量光纖bragg光柵的反射波長(zhǎng)的變化,可以探知環(huán)境物理量的變化。在假設(shè)壓力場(chǎng)和軸向應(yīng)力場(chǎng)保持恒定的基礎(chǔ)上得到的溫度傳感模型,結(jié)合三峽大壩壩前水溫監(jiān)測(cè)的要求,建議采用溫度與波長(zhǎng)的二次式關(guān)系。其標(biāo)定結(jié)果能夠滿足要求,并且監(jiān)測(cè)的結(jié)果較好。

以n-異丙基丙烯酰胺(nipam)為單體、n,n'-亞甲基雙丙烯酰胺(mbaa)為交聯(lián)劑、安息香二甲醚(dmpa)為引發(fā)劑,利用紫外光引發(fā)聚合制備了一系列溫度敏感性聚(n-異丙基丙烯酰胺)(pnipam)水凝膠,并對(duì)其性能進(jìn)行了測(cè)定.結(jié)果表明,pnipam水凝膠的平衡膨脹比隨著交聯(lián)程度的變化而改變.當(dāng)交聯(lián)程度適當(dāng)時(shí),水凝膠可具有最大的溶脹比.在此研究基礎(chǔ)上,利用浸漬提拉法在長(zhǎng)周期光纖光柵(lpfg)包層外制備了pnipam水凝膠薄膜包覆層.研究了得到的lpfg傳感器對(duì)溫度和濕度的響應(yīng)性,該類型傳感器表現(xiàn)出對(duì)溫度的靈敏響應(yīng)性.

提出并研究了一種新穎的鐘擺式光纖光柵(fbg)二維傾斜角傳感器,其擺桿頂端采用圓錐結(jié)構(gòu),兩個(gè)fbg沿著母線方向并間隔四分之一圓周粘貼在圓錐表面,擺桿下端固定一定質(zhì)量的重物。在傾斜角發(fā)生變化時(shí),圓錐表面產(chǎn)生的沿著母線方向梯度分布的應(yīng)變場(chǎng)使fbg產(chǎn)生啁啾效應(yīng)。利用功率譜平坦的寬帶光源,通過(guò)監(jiān)測(cè)兩個(gè)fbg的反射光強(qiáng)變化,可實(shí)現(xiàn)二維傾斜傳感。此外,由于光纖光柵的反射光強(qiáng)不隨溫度變化,所以該傳感器的測(cè)量對(duì)溫度不敏感。實(shí)驗(yàn)在±4°范圍內(nèi)測(cè)得該傳感器的靈敏度為1.96μw/(°),精度為±0.125°。

采用光纖光柵作為溫度傳感器,利用全息體相位光柵衍射解調(diào)方法設(shè)計(jì)了高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)溫度的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。對(duì)利用聚酰亞胺材料封裝的光纖光柵的溫度響應(yīng)特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試,驗(yàn)證了光纖光柵反射波長(zhǎng)與溫度的良好線性關(guān)系。對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)接頭溫度進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,獲得了良好的試驗(yàn)結(jié)果。

溫度傳感器介紹