Author Affiliations
Abstract
1 School of Physics, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China
2 School of Computer and Electronic Information / School of Artificial Intelligence, Nanjing Normal University, Nanjing 210023, China
3 School of Optoelectronic Engineering and Instrumentation Science, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China
In this paper, a cost-effective and miniaturized instrument is proposed, which is based on a tunable modulated grating Y-branch (MG-Y) laser for rapid temperature measurement using a Fabry-Perot interferometer (FPI) sensor. The FPI sensor with a 1 463-μm cavity length is a short segment of a capillary tube sandwiched by two sections of single-mode fibers (SMFs). This system has a broad tunable range (1 527 nm–1 567 nm) with a wavelength interval of 8 pm and a tuning rate of 100 Hz. Temperature sensing experiments are carried out to investigate the performance of the system by demodulating the absolute cavity length of the FPI sensor using a cross-correlation algorithm. Experimental results show that the sensor can reach the response time as short as 94 ms with the sensitivity of 802 pm/℃. Benefiting from the homemade and integrated essential electrical circuits, the entire system has the small size, low cost, and practical application potential to be used in the harsh environment for rapid temperature measurement.
MG-Y laser interrogator rapid temperature measurement cross-correlation algorithm Photonic Sensors
2024, 14(1): 240125
1 武汉理工大学 汽车工程学院，湖北武汉430070
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室， 吉林长春130033
针对视线效应（Line-Of-Sight，LOS）的双色激光吸收光谱（Laser Absorption Spectroscopy，LAS）火焰测温技术，研究了热化学参数的非均匀分布对碳烟火焰温度测量的影响。优先选出水汽（H2O）在1.3~3.0 μm内的6对典型吸收谱线，针对氮气伴流碳烟火焰和空气伴流碳烟火焰，利用高保真光谱数值模拟仿真系统研究了非均匀温度和浓度分布对所选6对谱线的测温结果的影响，得到了氮气伴流碳烟火焰和空气伴流碳烟火焰的非均匀性条件。对于氮气伴流碳烟火焰，仿真得到的谱线对4 029.52 cm-1/4 030.73 cm-1和5 553.86 cm-1/5 554.18 cm-1的最大相对温度偏差分别是4.72%（最小）和12.40%（最大）。空气伴流碳烟火焰的谱线对相对温度偏差有正有负，且其最大正负值均出现在δ/L=80%的非均匀条件下，谱线对5 553.86 cm-1/5 554.18 cm-1相对温差的最大正负值分别为14.43%和-2.51%；谱线对4 029.52 cm-1/4 030.73 cm-1相对温差的最大正负值分别为3.22%和-13.21%。最后，通过典型谱线对4 029.52 cm-1/4 030.73 cm-1的吸收光谱进行了实验验证。实验结果表明：在两种典型碳烟火焰中，谱线对4 029.52 cm-1/4 030.73 cm-1对热化学参数的非均匀性不敏感，可以最大程度上减弱热化学参数非均匀分布对其测温结果的影响。
激光吸收光谱技术 热化学参数非均匀分布 碳烟火焰 温度测量 laser absorption spectroscopy non-uniform distribution of thermochemical parameters sooting flame temperature measurement 光学 精密工程
2023, 31(19): 2799
河南平芝高压开关有限公司，河南平顶山 467013
红外测温技术是电力行业常用的设备故障检测手段，在气体绝缘组合电器设备(Gas InsulatedSwitchgear，GIS)故障诊断中有着重要应用。为提高 GIS设备红外测温精度，建立了一个红外测温模型并提出一种 SF6透射率校正方法。首先，基于热辐射理论建立红外测温模型，并给出不同条件下的简化模型。然后，为提高温度测量精度，考虑 SF6透射率对红外模型测温模型输出结果的影响，给出不同条件下的 SF6透射率校正方法。最后，进行实际的温度测量实验，验证所建立的红外测温模型及所提 SF6透射率校正方法的有效性。实验结果表明，与未进行 SF6透射率校正的方法相比，使用所提 SF6透射率校正方法后温度测量精度得以提高，误差最高降低了 66.7%。所提方法为电网故障检测及监控打下基础，在电网故障检测、电网安全作业等方面有着广阔的应用前景。
电网故障检测 红外测温技术 辐射理论 SF6透射率 红外热像仪 power grid fault detection infrared temperature measurement technology radiation theory SF6 transmittance infrared thermal imager
湖南师范大学物理与电子科学学院, 湖南长沙 410081
荧光光纤温度传感器利用光纤技术的远距离传输, 避开了恶劣的测温环境, 相较传统有源测温设备的接触式测量, 更适合在强电磁场、高压腐蚀等极端环境下的温度检测。针对传统的单通道电路读出结构易受外界干扰的弊端, 本文设计了一种双通道的小型实用的荧光测温系统。整个测温系统分为光路设计、电路设计和程序设计 3个部分。采用两路通道差分相减的创新思想, 完全消除了直流分量且基本不含有随机噪声, 从而得到了单一光滑的荧光衰减信号。最后通过标定实验, 得到荧光寿命与温度之间的函数关系。实验结果表明, 在 10~130 ℃的温度范围内, 标准温度偏差为 0.5 ℃, 基本满足强电磁场、高压腐蚀、微波热疗等一些恶劣环境下的测温需求。
荧光测温 双通道 信号读出 衰减曲线 fluorescence temperature measurement dual-channel signal readout attenuation curve 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(10): 1278
1 中国科学院大学, 北京 100049
2 中国科学院 半导体研究所, 北京 100083
设计并实现了一种电流型温度传感芯片。分析了测温原理和厄利效应对测温精度的影响, 提出了一种集电极-发射极电压补偿电路, 利用一组电流镜和匹配电阻将输出电流和温度之间的传递函数线性化, 提高了芯片的线性度和测温精度。设计了反向偏置保护电路, 增大芯片可承受的反向电压。芯片采用40 V互补双极工艺设计并流片。测试结果表明, 芯片在-55～150 ℃温度区间内的非线性误差为±02 ℃, 测温精度小于±03 ℃。
温度传感芯片 互补双极工艺 线性度 反向偏置保护 测温精度 temperature sensor chip complementary bipolar process linearity reverse bias protection temperature measurement accuracy
上海电力大学电子与信息工程学院, 上海 200090
为了实现高分辨率的三维温度测量技术, 提出了一种基于光学相干层析的三维温度测量技术。根据气相火焰的散射特点, 建立相干测量火焰温度场的数学模型, 通过数值模拟两种雷诺数(Re=10 000, 20 000)下的Sandia Flame D三维温度场, 以及光学相干层析在上述两种工况下测量的三维温度场。模拟结果表明：在设定的模拟条件下, 对于低湍流程度火焰, 光学相干层析相干长度小于火焰最小尺度, 三维温度场测量具有一定的可行性。这将为光学相干层析测量三维温度场分布提供理论依据。
气相火焰 三维温度测量 光学相干层析 Rayleigh散射 高空间分辨率 gas phase flame three-dimensional temperature measurement optical coherence tomography Rayleigh scattering high spatial resolution
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
3 武汉理工大学机电工程学院, 湖北 武汉 430070
海洋温度监测对于研究和保护海洋生态环境具有重要价值, 在防止海洋自然灾害的发生方面有着极重要的实际意义。传统的电传感器远距离供电难, 且难以满足大规模传感网络的复用需求。基于弱光纤光栅阵列的干涉式传感系统平台, 提出了运用相位生成载波(Phase Generated Carrier, PGC)算法解调温度信号的干涉式高精度温度传感方法。在26.00~30.00 ℃的范围内连续升温测量, 温度相位灵敏度为1 132.6 rad/℃, 皮尔逊平方相关系数R2为0.999 3, 理论上温度灵敏度可以达到0.000 1 ℃。结果表明, 将常规用来解调动态信号的方法应用到温度这种准静态信号的解调中, 能实现高灵敏度探测, 在海洋温度监测应用中有较好的应用潜力。
光纤传感 弱光纤光栅阵列 温度测量 相位生成载波 干涉仪 optical fiber sensing weak fiber grating array temperature measurement phase generated carrier interferometer
