光纤Bragg光栅温度传感器在井温测量中的应用

研制了一种双套管式光纤bragg光栅温度传感器,以实现无外力作用的温度测量。其中外套管隔离外加应力应变,在内套管内松弛地放置光栅以隔离封装结构的表观热应变。引入引出尾纤穿过带孔螺栓,以探测多个串联光栅。为了避免光栅处于张拉状态,封装在外套管1、外套管2和内套管中的光纤余长应分别大于1.4mm,1.8mm和0.4mm。试验结果表明,该光栅传感器的温度响应灵敏度为9.671×10-3nm/℃,温度测量分辨率为0.1℃。当水温从20℃跃变到70℃时,该传感器的温度响应时间分别为t0.5=15±2s和t0.9=52±4s。当水温从70℃跃变到20℃时,该传感器的温度响应时间分别为t0.5=26±9s和t0.9=63±8s。

为避免外加应力应变对温度传感器光栅的影响,提出了一种利用双钢管套装来隔离外加应力应变的方法。传感器两端留有尾纤,可实现多个传感器波分复用。为了防止因温度和外加应力应变所导致的套管形变而产生光纤拉伸,封装在两个钢管中的预留光纤长度应大于0.69mm。实验结果表明,温度在0℃~80℃之间变化时,灵敏度达到10pm/℃,线性度较好,可实现对环境温度的高精度连续监测。

光纤温度传感器汇总.-光纤温度传感器 (2)

光纤温度传感器汇总.-光纤温度传感器

(完整版)光纤光栅温度传感器

光纤光栅温度传感器

对光纤bragg光栅(fbg)温度传感在77k-150k和300k-500k之间进行了测试,得出温度与波长的相关关系,并讨论了常温与低温情况下的温度与波长关系不一致的原因.77k-150k情况下,温度与波长的非线性关系主要是由电偶极子所致有效折射率变化造成的;而300k-500k情况下,温度与波长近乎线性的关系主要是由此温度范围内有效折射率恒定和石英光纤光栅的线膨胀系数所至。得到的理论公式与实验结果符合。

基于光纤bragg光栅的波长变化受光纤纤芯的有效折射率和光栅周期的影响,通过测量光纤bragg光栅的反射波长的变化,可以探知环境物理量的变化。在假设压力场和轴向应力场保持恒定的基础上得到的温度传感模型,结合三峡大坝坝前水温监测的要求,建议采用温度与波长的二次式关系。其标定结果能够满足要求,并且监测的结果较好。

针对医疗行业对人体测温的需要,研制了一种以裸光纤bragg光栅为传感元件的光纤光栅温度传感器,并对其温度特性进行了研究.采用恒温水浴对工作波长为1557nm和1547nm附近的2只光纤光栅传感器进行温度定标.结果表明,在34～48℃范围内,光纤光栅的中心波长随温度的变化呈现良好的线性关系,相关系数分别为0.9983和0.9974,光纤光栅温度传感器的测温标准偏差分别为0.239℃和0.245℃,可应用于医疗中人体温度的实时监测.

直接监测电力设备内部元件所受应力可以直观反映电力设备的运行状态,传统的监测手段不能直接深入电力设备内部进行检测.研制了一种带温度补偿的光纤bragg光栅应变传感器,可以对电力设备内部元件所受应力和温度进行检测.研制的应变传感器选取了35kv干式空心电抗器作为实验对象,监测了一次干式电抗器固化过程中包封所受应力和温度的变化趋势.将为变电站内高压电力设备的实时监控提供理论和实践依据.

介绍了一种实用化的新型光纤辐射温度传感器,分别采用单波段亮度法和双波段比色法,实现了700℃～1000℃和1000℃～1600℃两个范围的温度测量。它弥补了使用计算机根据遗传算法进行测量时存储器中探测器件的特征值、工作时间、工作条件以及被测对象的表面状态等因素带来的测量误差。这种传感器可以直接显示温度测量结果和由键盘或上位机键入的温度值。它有一个控制功能模块,可以直接输出模拟信号或开/关控制信号,形成闭合的控制回路,输出是4～20ma的直流信号叠加hart协议的数字信号,可实现与其他设备的正常通信。同时,该传感器还具备完善的自我诊断功能。

采用靶式结构作为光纤bragg光栅流量传感器的换能元件,其中两片光栅分别粘贴于等强度悬臂梁的上下两表面。采用双光栅粘贴方式对传感器进行温度补偿,有效的解决了应变与温度交叉敏感的问题,提高了测量灵敏度。实验表明该靶式光纤bragg光栅流量传感器的载荷响应灵敏度为33.6pm/kg,测量精度为0.5%。

介绍了光纤布拉格光栅传感器测温的基本原理以及一些布拉格光纤的封装方法,在此基础之上探讨了一种新型的布拉格光纤光栅的封装方法即用钢条对布拉格光纤光栅进行封装,并通过实验对祼光栅和封装后光栅的温度特性进行了研究.实验采用了恒温水浴装置,在25℃至70℃温度范围使用了中心波长为1530.5nm的光纤布拉格光栅进行测量.先进行了祼光栅的测量,在光栅封装之后又进行了测量.实验结果表明,光纤光栅在封装之后温度灵敏度为裸光栅的2.5倍.其线性拟合度达到0.996.

介绍了光纤光栅温度传感器的金属管封装技术,通过实验研究其温度传感特性。采用热膨胀系数不同的内径r=1mm,壁厚d=0.5mm,长度l=100mm管式结构的金属材料对光纤光栅进行贴壁封装实验时,得到黄铜管封装的传感灵敏度为14.9pm/℃,紫铜管封装的为14.6pm/℃,不锈钢管封装的为12.0pm/℃,它们分别是裸光栅的1.66倍、1.62倍和1.33倍,意味着热膨胀系数大的封装材料传感灵敏度更高。实验表明,轴向封装的光栅,传感灵敏度还与其同管内壁的间距有关,间距越小灵敏度越高。

提出了一种新型分布式光纤光栅温度监测系统,可以实现电缆温度的实时在线监测。基于热传导方程和边界条件的基础上,采用有限元法对电缆温度场进行了分析,为监测电缆温度提供了理论依据。光纤光栅本身不带电,抗辐射和电磁干扰能力强,耐高压和腐蚀,非常适合用做高压电力环境中的温度传感器。通过光纤光栅的温度特性实验,在20~100℃的温度范围内,光纤光栅的中心波长随温度变化呈良好的线性,线性度达到99.8%。通过对标准的热电偶温度传感器与光纤光栅温度传感器的对比实验,表明该系统测量时间-温度变化曲线跟随性好,温度差均小于1℃,符合电力电缆温度状态在线监测的使用要求。

1封装结构的性能要求用于隧道火灾检测的光纤光栅温度传感器首先要能对火灾快速响应,但普通封装结构会导致光纤光栅温度传感器的灵敏度较低,影响传感器快速响应隧道中温度变化,因此必须重新设计适合隧道火灾检测用光纤光栅温度传感器的封装结构。隧道环境比较恶劣,光纤光栅温度传感器会受到各种拉力、剪切力等作用,这对于纤细(外径约为125μm)和脆性(主要成分是sio2)的光纤光栅是难以承受的,因

提出了一种光纤光栅的铜片封装工艺,并通过实验和理论分析研究了光纤光栅的应变和温度传感特性.与裸光纤光栅的测试结果相比,铜片封装工艺基本不改变光纤光栅应变传感的灵敏度,但是温度灵敏度系数提高了2.78倍.经过铜片封装后的光纤光栅可以探测到的应变和温度分别为1με和0.03℃,便于工程应用.

设计了用于开关柜母线、静触头温度监测的光纤光栅温度在线监测系统,系统所用光纤光栅温度传感器采用了应变不敏感封装,避免了传感器在安装及测试过程中应变对测量结果的影响,提高了温度监测准确度及可靠性。经测试,采用上述封装结构的光纤光栅温度传感器温度特性与裸光栅温度特性一致,该监测系统至今已连续运行1a多,工作状态良好。

为了克服传统电测法在钻井井壁监测中的缺陷,根据钻井井壁施工工艺和地质条件等,提出了井壁节数及传感器布设方案,并采用光纤bragg光栅传感器(fbg)对唐山温家庄铁矿钻井井壁下沉过程进行实时监测,监测内容为井壁外壁所受压力、混凝土应变以及钢筋应力,并对监测数据处理分析,分析结果表明:fbg对钻井井壁的监测数据可达理论值的95%～98%,监测数据能够及时、准确地反映钻井井壁受力变化情况,保证了监测的可靠性、稳定性与重复性。

当环境相对湿度发生变化时,湿敏材料的某些物理特性也会随之发生变化,将湿敏材料涂覆在光纤光栅上,光栅的波长变化能直观反映湿度的变化。基于此,文章设计了一种光纤bragg光栅的湿度传感器,首先分析了该传感器的传感原理,接着制作了湿敏材料的传感器,最后进行了实验测试,结果表明:文章所制作的光纤bragg光栅湿度传感器的稳定性较好。

当环境相对湿度发生变化时,湿敏材料的某些物理特性也会随之发生变化,将湿敏材料涂覆在光纤光栅上,光栅的波长变化能直观反映湿度的变化。基于此,文章设计了一种光纤bragg光栅的湿度传感器,首先分析了该传感器的传感原理,接着制作了湿敏材料的传感器,最后进行了实验测试,结果表明：文章所制作的光纤bragg光栅湿度传感器的稳定性较好。

第9章光纤温度传感器 9.1引言 传统的温度测量技术在各个领域的应用已很成熟，如热电偶、热敏电阻、光学高温计、 半导体以及其他类型的温度传感器。它们的敏感特性都是以电信号为工作基础的，即温度信 号被电信号调制； 而在特殊工作情况和环境下，如易燃、易爆、高电压、强电磁场、具有腐蚀性气体、液 体，以及要求快速响应、非接触等场合，光纤温度测量技术具有独到的优越性。 由于光纤本身的电绝缘性以及固有的宽频带等优点，使得光纤温度传感器突破了电调制 温度传感器的限制。同时，由于其工作时温度信号被光信号调制，传感器多采用石英光纤， 传输的信号幅值损耗低，可以远距离传输，使传感器的光电器件远离现场，避开了恶劣的环 境。在辐射测温中，光纤代替了常规测温仪的空间传输光路，使干扰因素如尘雾、水汽等对 测量结果影响很小。光纤质量小，截面小，可弯曲传输测量不可视的工作温度，便于特殊工 况下