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 交通运输部水运科学研究所, 北京 海淀 100088
3 武汉理工大学 光纤传感技术与网络国家工程研究中心, 武汉 430070
针对现有基于单轴光纤陀螺的惯性检测系统无法用于曲线桥结构线形的局限, 提出了一种基于单轴光纤陀螺的曲线桥有轨线形检测方法。首先, 阐述了基于单轴光纤陀螺的直线桥线形检测原理、陀螺的误差来源和曲线桥检测难点, 根据导航算法对单轴光纤陀螺检测弯道线形可行性进行分析; 然后, 搭建曲线型试验轨道和一套轨道检测小车及无线线形采集系统; 最后, 将集成好的线形检测系统在试验轨道上测试, 通过改变试验轨道形变程度构造不同试验工况, 将实际测量结果与千分尺测量结果对比以验证理论的可行性和准确性。结果表明, 该方法可以识别不同工况下曲线型轨道形变程度, 测量精度优于1mm, 具有测量原理简单、系统实现和检测成本低的优势, 结合桥梁检测轨道的配备, 可为各类大型桥梁提供不封桥、不停运形变检测新思路。
单轴光纤陀螺 曲线桥 有轨测量 桥梁形变 single-axis fiber optic gyroscope curved bridge track measuring bridge deformation
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
武汉理工大学 光纤传感技术国家工程实验室，湖北 武汉 430070
罐道在煤矿生产中发挥着重要作用，因此，必须对煤矿罐道进行安全检测，保证其形变范围在正常范围内，避免影响煤矿的安全生产。为了解决目前我国煤矿罐道检测方法中存在的精度不高，操作繁琐的问题, 研究了一种基于二维激光扫描技术的罐道检测算法，可以通过该算法计算出两根罐道之间的缝隙、错位，以及单根罐道的磨损，并将此算法写入进上位机软件中。在实验室的环境下，该算法的可重复性较好，同时在实际煤矿的实验中，该算法的识别准确率达到了62.5%，对算法进行改进后，识别率提高到了87.5%，验证了该算法具有较好的实用性与可靠性。相比于传统方法，该方法操作简单，同时具有较高的测量精度，将该方法应用于煤矿罐道检测中，将有效提高煤矿的生产安全性，具有较大的推广应用价值。
罐道检测 煤矿 算法 软件 激光扫描 shaft guide detection coal mine algorithm software laser scanning 红外与激光工程
2021, 50(10): 20200480
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 武汉理工大学信息工程学院，湖北 武汉 430070
相比于传统分布式光纤传感，连续光栅阵列光纤传感技术具有大容量、长距离、高密集等特点。主要综述了国内外连续光栅阵列的在线制备技术、解调方法及其典型应用，并对连续光栅阵列光纤传感技术的发展趋势进行了展望。
激光与光电子学进展
2021, 58(13): 1306007
武汉理工大学 光纤传感技术国家工程实验室, 武汉 430070
光纤陀螺线形检测系统是一种测量路面线形曲线的检测方法。结合光纤陀螺线形检测原理以及常用的路面平整度指标, 研究了一种基于光纤陀螺的路面平整度指标获取方法。实验分析和应用结果证明, 线形测量过程中所采集的光纤陀螺角速度概率分布和标准差与路面平整度具有较强的关联性。通过提取光纤陀螺检测桥梁线形的高程标准差, 可得到路面平整度系数。本方法可反映路面的宏观平整度以及路面传递至车辆的行车舒适性, 并且可实现桥梁线形和平整度的同时测量, 具有方便高效准确的优点和较大的应用推广价值。
光纤陀螺 桥梁线形 概率密度 路面平整度 高程标准差 国际平整度指数 fiber optic gyro bridge curve probability density pavement evenness standard deviation international roughness index
1 武汉理工大学 1. 光纤传感技术国家工程实验室
2 武汉理工大学 2. 信息工程学院， 武汉 430070
针对现有驼峰溜放监测技术易受电磁干扰和外界环境影响，且很难实现大容量、高密集测量的不足，提出一种基于弱光栅阵列应变传感的驼峰溜放监测方法。首先，采用反射率仅为0.2‰的弱光栅阵列及混合复用组网技术解决了大容量、高密集检测的难题；其次，结合有限元模型和轮轨耦合理论对轨道受力情况、传感器灵敏度进行推导分析；最后，将封装好的光栅阵列传感光纤安装在试验现场，并进行了压道实验。结果表明，该方法能够准确识别溜放车组的轮轴信息、行车方向以及轨道占用信息。系统可靠性高、灵敏度较高，为轨道占用检查技术提供了新的思路。
光栅阵列 混合复用 轮轨耦合 应变传感 轨道占用 轮轴计数 fiber grating array hybrid multiplexing wheelrail coupling strain sensing track occupation axle counting
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
武汉理工大学 光纤传感技术国家工程实验室，武汉 430070
为了解决在周界安防系统中基于FBG振动传感器波分复用方式下传感单元数量受光源带宽和解调限制的问题，同时也为了延长周界安防距离、降低系统成本、提高系统效率，提出了“全同光纤布喇格光栅（FBG）振动传感器”的概念，论述了全同FBG振动传感器在周界安防系统中应用的可行性，设计了实验方案，搭建了试验装置并给出了实验结果。实验证明，两个波长基本相同的全同FBG振动传感器接入后的波长灵敏度会有不同程度的损失，实验中6种组合12种连接方式波长灵敏度大于20pm的有10种，实践证明，经过筛选可以达到实际应用的要求，全同FBG振动传感器在周界系统的应用不但可以提高系统的容量，而且使FBG周界系统的成本大大降低，更具市场竞争力。
全同FBG 振动传感器 周界安防 identical FBG vibration sensor perimeter security
