1 桂林理工大学土木与建筑工程学院, 广西 桂林 541004
2 桂林理工大学广西有色金属隐伏矿床勘查及材料开发协同创新中心, 广西 桂林 541004
3 广西岩土力学与工程重点实验室, 广西 桂林 541004
为实现结构的长期安全监测,设计了一种杠杆原理与摆锤结构相结合的光纤光栅倾角传感器,并在此基础上进行了理论分析、数值计算和传感器性能测试。对比分析了数值计算和实验结果,发现二者具有较好的一致性。为增大传感器的灵敏度,对传感器的尺寸参数进行了设计。考虑到光纤光栅与金属材料之间的锚固效率和传感器的制作工艺要求,综合给出了效果最佳的组合值。实验结果表明,所提光纤光栅倾角传感器的有效监测范围为-5°~5°,传感器的灵敏度为359.04 pm/(°),线性相关度可达0.999,测量重复性误差为3.433%。此外,所提光纤光栅倾角传感器降低了温度对角度测量的影响,适用于温度变化较大且精度要求较高的工作环境,有良好的应用前景。
光纤光学 光纤光栅 倾角传感器 温度自补偿 安全监测
上海大学特种光纤与光接入网省部共建国家重点实验室培育基地，特种光纤与先进通信 国际合作联合实验室，上海 200444
超声波在金属、陶瓷等不透明介质中具有强穿透特性，其作为感测单元的超声安全监测技术已成为一种重要的检测工具。与传统的压电超声传感器相比，光纤超声传感器具有较强的抗干扰性、复用性、高灵敏性和宽探测频带，在结构无损探测和电力安全系统等领域具有大量的应用。针对安全监测中声发射信号的特性以及探测手段，主要综述了光纤超声传感技术以及光纤超声在安全监测领域中的应用，并就光纤超声传感机理、传感方法以及传感过程中存在的问题进行深入分析，最后对本领域未来潜在的发展方向和应用价值进行讨论。
激光与光电子学进展
2021, 58(13): 1306018
1 电子科技大学光纤传感与通信教育部重点实验室，四川 成都 611731
2 光纤传感研究中心之江实验室，浙江 杭州 310000
基于相位敏感光时域反射（Φ-OTDR）原理的光纤分布式振动/声传感（DVS/DAS）技术在国家基础设施及城市安全监测中发挥着重要作用，但受城区强噪声背景、多源干扰及未知地埋条件的影响，DVS/DAS对目标事件检测识别的准确率成为制约其规模及应用的最大技术瓶颈。因此，在电子科技大学光纤光学研究中心对DVS/DAS硬件技术研究的基础上，分析了目前光纤DVS/DAS信号处理的难点问题，回顾了近年来DVS/DAS信噪分离、基于机器学习模型的多维信号检测识别算法的研究进展及重要应用案例，并对DVS/DAS信号处理的发展方向及趋势进行了展望。
激光与光电子学进展
2021, 58(13): 1306003
1 电梯智能运维重庆市高校工程中心, 重庆 402260
2 重庆理工大学 光纤传感与光电检测重庆市重点实验室, 重庆400054
针对传统大型电梯钢架结构健康监测手段的传感器布线复杂、传感器退化快等问题, 提出了一种基于光纤光栅式传感器构成的准分布式光纤传感网。首先阐明了光纤光栅应力、温度传感器的基本原理, 采用“空分复用+波分复用”的方式构建电梯钢架结构的光纤光栅远程传感监测系统, 设计应变和位移传感器阵列, 并研究了光纤光栅应变计和位移计的解调算法。然后使用电梯钢架结构实物模型搭建相应的试验系统, 安装光纤光栅应变计和位移计准分布式网络进行测试, 并开发配套的电梯钢接结构运行健康状态监测软件, 试验测试结果表明, 系统能够实时响应, 稳定性良好。该系统为室外大型竖行和斜行电梯的安全运行提供了实时监测数据和安全预警功能, 可为其“按需维保”提供大数据支撑。
电梯钢架结构 光纤光栅 应力计 位移计 安全监测 elevator steel frame structure fiber Bragg grating stress meter displacement meter safety monitoring
1 华南理工大学广州学院电气工程学院, 广东 广州 510800
2 武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室, 湖北 武汉 430081
3 中国水利水电第三工程局有限公司, 陕西 西安 710024
提出一种由双玻璃纤维薄片、石英光纤布拉格光栅,及两段玻璃纤维护管组成的,并采用高温胶黏剂封装的片式应变传感器。该传感器不含金属材料,不受强电力电磁干扰。制备出3个传感器原型,将其安装在等强度悬臂梁上进行全面的性能测试实验。测试结果表明:3个传感器均具有良好的测量重复性(误差小于3.43%)和线性(线性拟合系数均大于0.999),应变灵敏度一致性高;温度补偿误差在22 pm以内,补偿能力良好;还具有良好的抗蠕变性能。因此,所设计的传感器具有优越的测量性能,能够满足野外环境下电力设施的长期应变监测要求。
光纤光学 光纤布拉格光栅 应变传感器 玻璃纤维 安全监测 激光与光电子学进展
2020, 57(9): 090601
1 昆明理工大学 建筑工程学院，云南 昆明 650500
2 云南博航交通科技有限公司，云南 昆明 650000
3 华能澜沧江水电股份有限公司，云南 昆明 650214
4 昆明理工大学 信息工程与自动化学院，云南 昆明 650500
为充分发挥光纤光栅(FBG)传感系统复用能力，可同时对传感光路各个传感器的光信号进行有效识别，且为传感器设计和加工提供依据，基于FBG传感原理，从系统集成及复用能力优化的角度，探讨波分复用传感器设计方法，以及节点传感器结构和灵敏度设计原则与标准，并将提出的原则等应用于某实际工程光纤监测系统。传感系统在运行过程中，获得了较为可靠的监测数据，分布式光纤和点式电测技术测试结果相差6%左右，进一步表明临近光纤传感器没有出现传感信号串扰现象，为工程施工和安全维护提供参照。
光纤传感器 光纤光栅 安全监测 系统集成 设计原则 optical fiber sensor fiber Bragg grating(FBG) safety monitoring system integration design principle
核电站的安全运行关系到人类生命和财产安全,及时掌握核电站的运行状态是确保核电安全运行的重要前提。光纤传感器具有抗电磁干扰、本质安全、便于联网、易于实现远程和在线测量等一系列优点，可以解决目前核电站运行监测中的诸多不足，能够提供更加准确和可靠的数据。本文阐述了光纤传感技术在核电站中的应用前景，包括管道的振动监测、混凝土的应变、温度监测。通过对光纤传感技术介绍,总结了光纤传感技术的特点和进一步研究发展的方向,指出光纤传感技术在核电站安全监测领域具有的巨大优势和广阔应用前景。
光纤传感技术 核电安全监测 振动 应变 温度 Optical fiber sensing technology Nuclear power plant safety monitoring Vibration Strain Temperature
1 红河州交通运输局, 云南 红河 661400
2 云南航天工程物探检测股份有限公司, 昆明 650051
3 昆明理工大学 信息工程与自动化学院, 昆明 650500
为实现对公路边坡的稳定性安全监测, 需要检测边坡的应变变化。元绿公路K77+120～K77+215段为一坡度30°、高度差达65m的边坡, 由于土质松散而形成一滑坡地带, 在其自然坡面前端挖掘5个30m深钻孔, 把光纤Bragg光栅应变传感器分别埋入5个钻孔之中, 浇灌水泥使之固定, 形成5个应变桩, 实现对桩体的应变监测, 从而反应边坡的应变变化情况。经过两个月的监测, 1孔洞到5孔洞最大应变变化依次为400με、80με、130με、-60με、46με, 且依次出现在6m、16m、14m、16m、30m深度的位置。表明此边坡在6m深度及15m深度地层结构比较松散。
应变传感器 光纤Bragg光栅 边坡 稳定性 安全监测 strain sensor fiber Bragg grating slope stability safety monitoring
提出了在海缆中嵌入光纤光栅水听器监测海缆附近的拖锚情况, 实现在海缆受损前采取措施的安全预警方法; 分析了声源特性, 并基于台湾海峡建立声场模型, 对TL(声传播损失)进行了仿真。仿真结果表明, 当各水听器间的距离为500 m时, 该方法可以确定海底光缆沿线约1 km范围内声源的位置。
安全监测 光纤光栅水听器 声场 被动声呐定位 safety monitoring fiber grating hydrophone acoustic field passive sonar localization
