光纖光柵溫度傳感器在開關柜觸頭及母排溫度監(jiān)測中的應用

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.

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。

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

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)測方面作用明顯。但傳統(tǒng)的井溫測量儀器在井溫測量時存在靈敏度不夠高、不能在極限環(huán)境使用等缺點。光纖bragg光柵溫度傳感器作為新一代溫度測量技術的代表,具有體積小、質(zhì)量輕、抗輻射等傳統(tǒng)測量儀器無法比擬的優(yōu)勢,本文對其傳感原理、傳感器結構、應用等方面做了闡述。

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。

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。

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.

第32卷第1期 2006年1月 　　　　　　　　　　　　　　　光學技術 opticaltechnique 　　　　　　　　　　　　　　　 vol.32no.1 jan.　2006 　　文章編號:100221582(2006)0120105203 匹配光纖光柵溫度傳感解調(diào)系統(tǒng) ξ 張治國,余重秀,羅映祥,王葵如,張民,葉培大 (北京郵電大學電子工程學院光通信與光波技術教育部重點實驗室,北京　100876) 摘　要:實驗了一種基于一維調(diào)節(jié)器的光纖光柵靜態(tài)溫度(溫度緩變)探測系統(tǒng)。在系統(tǒng)中,一維調(diào)節(jié)器與步進電 機相連,步進電機由pc(計算機)通過plc(可編程邏輯控制器)進行控制,匹配光纖光柵被固定在一維調(diào)節(jié)器上用來解 調(diào)增敏光纖光柵傳感器探測到的溫度信號,匹配光柵的bragg周期可通過

針對傳統(tǒng)壓力式溫度計在實際應用中易受電磁干擾和環(huán)境溫度影響的問題,設計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的結構基礎上將壓力敏感元件替換為傳壓桿及等強度懸臂梁,建立傳感器理論數(shù)學模型并進行測溫試驗,將實測值與理論值進行比較,證明該傳感器的設計可行,可用于有特殊環(huán)境要求的溫度檢測。

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.

提出了一種基于光纖bragg光柵的溫度傳感器,闡述了光纖bragg光柵的溫度傳感機理,用2個相同的光纖bragg光柵構成折疊式mach-zehnder(m-z)干涉儀,其中一個光柵作為參考臂,另一個作為傳感臂:采用外差探測技術來測量外界的溫度物理量。當溫度發(fā)生變化,bragg光柵的波長也隨之改變。外差探測用來探測傳感臂和參考臂由于溫度變化引起的輸出信號的頻率差異。對其動態(tài)測量范圍和靈敏度也進行了分析。

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。

設計了一種對外加應力應變不敏感的光纖光柵溫度傳感器,通過雙層結構消除外加應力應變對bragg波長的偏移值影響。建立了光纖光柵溫度傳感器模型中溫度變化量與bragg波長的偏移值的對應關系。采用水浴法進行測溫實驗,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得到光纖bragg光柵溫度傳感器的各項靜態(tài)性能指標。

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。

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。

第9章光纖溫度傳感器 9.1引言 傳統(tǒng)的溫度測量技術在各個領域的應用已很成熟，如熱電偶、熱敏電阻、光學高溫計、 半導體以及其他類型的溫度傳感器。它們的敏感特性都是以電信號為工作基礎的，即溫度信 號被電信號調(diào)制； 而在特殊工作情況和環(huán)境下，如易燃、易爆、高電壓、強電磁場、具有腐蝕性氣體、液 體，以及要求快速響應、非接觸等場合，光纖溫度測量技術具有獨到的優(yōu)越性。 由于光纖本身的電絕緣性以及固有的寬頻帶等優(yōu)點，使得光纖溫度傳感器突破了電調(diào)制 溫度傳感器的限制。同時，由于其工作時溫度信號被光信號調(diào)制，傳感器多采用石英光纖， 傳輸?shù)男盘柗祿p耗低，可以遠距離傳輸，使傳感器的光電器件遠離現(xiàn)場，避開了惡劣的環(huán) 境。在輻射測溫中，光纖代替了常規(guī)測溫儀的空間傳輸光路，使干擾因素如塵霧、水汽等對 測量結果影響很小。光纖質(zhì)量小，截面小，可彎曲傳輸測量不可視的工作溫度，便于特殊工 況下

介紹一種新型的光纖溫度傳感器,將它埋入復合材料試件中,可以測量出試件內(nèi)部溫度的變化。給出理論推導,導出條紋移動量與試件內(nèi)部溫度變化之間的關系、電路設計,并給出實驗裝置和結果。

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。

提出了一種新型光纖bragg光柵(fbg)的傾斜傳感器,其結構由通過4根等長的刻有光柵的光纖懸掛在圓盤上的重物組成,4根光纖與圓盤的粘接點均勻分布在圓盤邊緣,每根光纖的另一端共同下拉一重物,使每根fbg的受力均勻。當整個平臺傾斜時,每根fbg的受力發(fā)生變化,從而導致每根fbg的反射(透射)中心波長發(fā)生變化,并通過光譜儀測出波長的變化,從中得到每兩根對稱fbg在不同傾斜角下的波長差,建立相應的波長差與傾斜角的數(shù)學模型。實驗表明:該傾斜傳感器可以達到0.2°的測量精度,并且消除了外界環(huán)境溫度的影響,應用靈活性高;而且傳感器的準確度和精度可通過增加重物質(zhì)量、減小每對光纖間的夾角來提高。

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。