1 武汉理工大学 光纤传感技术与网络国家工程研究中心, 湖北 武汉430070
2 武汉理工大学 信息工程学院, 湖北 武汉 430070
城市燃气在管道运输过程中存在很大的安全隐患, 一旦发生危险, 后果不堪设想, 燃气管道泄漏的监测与定位意义重大。为解决目前大部分管道泄漏检测与定位方法存在的易受环境干扰、精度低、适用范围窄、计算难度较高等问题, 提出了一种基于时延估计的光栅阵列(wFBG)管道泄漏检测与定位方法, 该方法通过光栅阵列技术采集振动信号, 根据采集到的泄漏振动信号时域、频域上的特征, 首先通过基于短时能量分析的方法检测管道是否泄漏, 然后对满足要求的信号片段进行峰值间多项式拟合获取泄漏信息到达的时刻, 最后根据时间差定位泄漏点。实验结果表明, 该方法能有效检测泄漏, 并且在测量距离为40 m的情况下, 定位误差在1 m左右。
管道泄漏 光栅阵列 检测与定位 泄漏特征 时延估计法 pipeline leakage wFBG detection and location leakage characteristics time delay estimation
1 武汉理工大学 信息工程学院, 武汉430070
2 武汉理工大学 光纤传感技术国家工程实验室, 武汉 430070
3 中国中车股份有限公司 青岛四方机车车辆股份有限公司, 青岛 266000
现有轨道交通定位和测速方法易受到外界环境干扰, 具有不稳定性。为了解决这些难题, 结合光纤光栅绝缘、抗干扰能力强、耐腐蚀等特性, 提出了一种基于弱光栅阵列的结合波分和光时域反射仪技术的高精度列车测速定位系统方案, 通过密集型复用方式实现光栅点的绝对定位需求, 并设计了根据不同光栅分区定位结果及其波长漂移规律来计算实时速度和位置的数据处理方法。为验证系统性能, 搭建了模拟运行环境, 进行了理论分析和实验验证。结果表明, 该方案能实现厘米级的定位精度和1 km/h的测速精度。该研究在轨道交通方面具有广泛的应用前景。
光纤光学 传感器技术 准分布式测量 列车测速定位 布喇格光栅 fiber optics sensor technique quasi-distributed measurement train speed measurement and positioning Bragg grating
1 武汉理工大学 1. 光纤传感技术与网络国家工程研究中心
2 武汉理工大学 2. 信息工程学院, 武汉 430070
储罐在覆土情况下, 可能会因土壤压力导致罐体变形从而产生泄漏, 故采取可靠的罐体泄漏在线监测技术, 在确保储罐生产安全中显得尤为重要。为解决目前储罐泄漏安全监测存在的定位精度低、响应速度慢、监测范围小等问题, 文章采用弱反射型布拉格光栅阵列(FBG)双波长波分/时分混合复用组网技术实现对覆土储罐表面温度全时、全域在线监测。FBG阵列测温精度为±1℃, 传感器空间分辨率为1m, 经过对覆土储罐两个月的数据监测和高压充水实验, 分别验证了传感器在覆土情况下的长期稳定性和可靠性。结果表明, 将FBG应用到储罐监测中, 将有效提高储罐的生产安全性, 具有较大的推广应用价值。
覆土储罐 混合复用 光栅阵列 全时全域 泄漏监测 earth-covered storage tank hybrid multiplexing fiber grating array full-time global leak monitoring
1 武汉理工大学 光纤传感技术国家工程实验室, 武汉 430070
2 武汉理工大学 机电工程学院, 武汉 430070
3 航天材料及工艺研究所, 北京 100076
为了解决因碳纤维/环氧树脂复合材料构件中树脂基体与碳纤维间的热膨胀系数存在差异, 热压成型后, 内部未释放的残余应力会使材料构件发生残余应变, 造成构件变形、影响制品质量的问题, 采用光纤布喇格光栅(FBG)传感器在线监测实验研究和有限元仿真分析相结合的研究方法, 进行了理论分析和实验验证, 采集了碳纤维/环氧树脂复合材料环形构件热压罐成型后表面残余应变变化实时数据。结果表明, 该构件下法兰根部应变释放情况复杂, 靠近支承位置处的残余应变释放受阻, 而其余监测点位的残余应变普遍在30με~90με的范围内, 与仿真结果相符; FBG传感器能对构件成型后残余应变释放历程进行多点位实时在线监测, 并实现对构件整体应变分布的分析和预警。该研究具有一定科学研究和工程应用意义。
传感器技术 光纤布喇格光栅 复合材料 环形构件 残余应变 在线监测 sensor technique FBG compound material ring structure residual strain online health monitoring
1 武汉理工大学 光纤传感技术国家工程实验室, 武汉 430070
2 武汉理工大学 信息工程学院, 武汉 430070
3 武汉理工大学 理学院,武汉 430070
为了实时监测石化反应器内部高温、高压环境下压力和温度变化, 严格控制原料的反应过程, 采用法布里-珀罗(F-P)多腔干涉理论, 设计并制备了一种光纤F-P温度、压力复合传感器。该传感器由石英玻璃和蓝宝石玻璃构成, 石英与蓝宝石之间的空气腔为压力腔, 温度腔则为蓝宝石本身。通过理论计算和仿真验证, 分析了压力腔和温度腔不同参数对传感器性能的影响, 从而取得了最佳的传感器结构参数数据。结果表明,该传感器制作工艺简单且性能可靠, 能够实现0MPa~5MPa和-20℃~300℃范围内压力和温度的同时测量; 该传感器在压力0.1MPa~5MPa和温度20℃~180℃环境下有良好压力温度线性响应关系, 压力灵敏度为796nm/MPa, 温度灵敏度为3.864nm/℃。该传感器适用于石化反应器内部高温高压环境下压力和温度的同时监测。
传感器技术 光纤F-P复合传感器 高温高压 温度腔 压力腔 sensor technique fiber Fabry-Perot composite sensor high temperature and high pressure temperature cavity pressure cavity
1 武汉理工大学 光纤传感技术国家工程实验室, 武汉 430070
2 武汉理工大学 信息工程学院, 武汉 430070
3 武汉理工大学 机电工程学院, 武汉 430070
4 日照武汉理工大生物医药暨新材料研究院, 日照 276800
复合材料在服役过程中易受到外部的低能量冲击, 造成不可见损伤, 为了监测复合材料健康状况, 将光纤布喇格光栅(FBG)传感网络粘贴布置于碳纤维复合材料表面, 采用基于反向传播（BP）神经网络系统的智能复合材料冲击定位识别技术, 获取FBG传感的时域信号响应值, 从而进行了复合材料冲击位置的预判。结果表明, BP神经网络算法具有非线性逼近能力强、容错率高和自适应能力强等优点, 可以实现复合材料层合板的参数化识别定位, 且预测结果与待测复合材料层合板总长度比值小于0.1。该FBG传感系统可为智能化复合材料冲击损伤自调整和自修复能力提供更准确的信息。
传感器技术 光纤布喇格光栅传感 冲击定位 反向传播神经网络 复合材料 sensor technique fiber Bragg grating sensing impact location back propagation neural network composite material
1 武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室, 湖北 武汉 430070
2 武汉理工大学理学院, 湖北 武汉 430070
傅里叶域锁模(FDML)技术可在保持扫频光源各项指标性能优越的前提下,将扫频速度提高至调谐滤波器的设计极限。为进一步提升FDML扫频激光光源的扫频速度,在激光谐振腔内引入光学缓存装置来实现对扫频光的备份。实验中基于环腔内光学缓存装置的扫频光源中心波长为1310 nm,扫频范围为95 nm,瞬时线宽为0.1 nm,扫频速度翻倍提升至202 kHz,平均输出光功率为7.5 mW。利用光学缓存装置可将传统FDML高速扫频光源的扫频速度翻倍提升,对提升扫频光学相干层析成像(SS-OCT)系统的综合成像性能具有重要意义。
激光器 光学相干层析成像 扫频激光光源 光学缓存装置 傅里叶域锁模 激光与光电子学进展
2020, 57(1): 011407
武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室, 湖北 武汉 430070
十字头轴瓦的磨损是压缩机无法正常使用的重要原因之一,实时检测轴瓦处的温度进而来判断轴瓦的磨损情况是确保压缩机安全、高效生产的重要检测手段。针对石化行业复杂的工况环境,提出并设计制备了一种无线耦合光纤布拉格光栅传感器,并用其进行光信号的空间传输以实现轴瓦处温度信号的提取。针对动态测量过程中产生的U型中心波长信号引起的解调温度差值过大的问题,利用插入损耗阈值,将一次动态运行过程中的温度改变量从4 ℃控制到0.1 ℃以内,提高了温度解调的准确度,实现了温度的无线监测。
光纤光学 十字头轴瓦 光纤布拉格光栅 温度监测 准直器 无线传输
1 武汉理工大学 光纤传感技术国家工程实验室, 湖北 武汉 430070
2 武汉理工大学 机电工程学院, 湖北 武汉 430070
现有的铁路轨道监测主要采用电类传感技术, 易受电磁场、外界环境的影响, 存在着安全的隐患。因此, 采用基于全同弱光纤光栅(wFBG)阵列的铁路轨道应变在线监测技术, 用于实时监测轨道的占用情况。通过有限元模拟仿真设计出能感测铁路应变的传感器结构, 研究了传感器的封装技术。通过检测wFBG波长漂移得到应变信号从而实现高灵敏度应变测量。采用全同wFBG阵列对传感器和系统进行了实验室和现场实验研究。结果表明: 该传感结构可以实现较小的光学损耗, 并且能够保证传感器的灵敏度达到3.4 pm/?滋ε, 线性度达到0.997 82, 迟滞误差达到0.8%。该铁路轨道在线监测系统可以满足铁路运行管理的实际需要。
传感器 全同弱Bragg光栅阵列 铁路轨道 应变 分布式测量 sensors identity weak Bragg grating array railway track strain distributed measurement 红外与激光工程
2019, 48(6): 0622001
