气体绝缘开关设备（GIS）在国家电网变电站建设领域应用广泛,通常在GIS设备投产之前需要做绝缘耐压试验,以对现场故障设备进行定位。为了进行更快速有效的定位,针对实际应用环境,利用分布式声传感系统（DAS）和相位敏感光时域反射仪,通过光纤自身的反向瑞利散射信号,进行多波长多路径调制解调,由光纤实时监测GIS管道的不同位置的振动信号,减少测试盲点。结果表明,所研制的DAS系统能够实现对GIS故障设备进行实时快速准确的定位,定位精度可达到3 m内。该研究对于GIS现场故障的及时排除和维修处理,保障电力设备安全运行具有较好的参考价值。

为了解决焊接缺陷磁光图像轮廓信息难以提取的问题, 提出一种图像去噪及轮廓检测方法。通过激光点焊获取裂纹缺陷样本, 利用有限元模拟仿真并获取缺陷漏磁场, 对比分析磁光图像灰度连续性、集中性及噪声特性; 利用快速非局部均值滤波算法去除噪声, 并与传统滤波器进行对比分析; 根据磁光图像缺陷信息与背景信息梯度值相异的特性, 在1阶梯度图的基础上进行Otsu法阈值分割与边缘检测。结果表明, 经该方法处理后的磁光图像标准差及图像熵分别达到30.0465及6.0395, 图像聚集程度更好, 更贴近仿真磁场曲线, 并能较好地提取缺陷轮廓信息。这一结果对后续缺陷识别及目标检测是有帮助的。

为了更准确地分析空域无源光纤腔衰荡乙炔体积分数检测系统, 建立了考虑系统噪声的气体体积分数传感理论模型。采用该模型对空域无源光纤腔衰荡乙炔体积分数检测系统的性能进行了仿真和讨论。结果表明, 利用空域无源光纤腔衰荡传感技术, 通过测量衰荡距离, 可实现灵敏度高达56.226 km-1的乙炔体积分数的测量, 稳定性达0.47%, 检测极限达260.577×10-6, 且稳定性和检测极限还可通过减少光纤腔的固有腔损耗得到进一步的提高。此研究对于体积分数传感系统的优化设计应用具有理论指导意义。

为了研究光纤表面等离子体共振(SPR)传感器参数对折射率测量灵敏度的影响, 采用双频激光外差干涉相位测量光路结合光纤型SPR传感器进行了折射率测量, 并对光纤SPR传感器不同纤芯直径对传感器灵敏度影响进行了分析。在光纤SPR传感器适应的折射率范围内, 分别使用纤芯直径为300 μm的光纤和400 μm的光纤, 测量不同质量分数下的甘油、蔗糖、氯化钠溶液的相位差, 并计算对应折射率; 分析了在传感器适用的折射率范围内, 各溶液质量分数与折射率之间的关系, 并对理论结果进行了实验验证。结果表明, 纤芯直径越小, 传感器灵敏度越高, 灵敏度可达10-5量级; 密度越高, 测量中的稳定性越高, 最大相位差标准差为0.145°; 分子量越大, 精度越高, 蔗糖的测量计算值与阿贝折射仪标定值之间的差值最大为0.52×10-4。该研究为光纤SPR传感技术的进一步研究及应用提供了较好基础。

为了提高电致定向型红外靶标在挂载飞行过程中动态指向精度, 在硬件限制的位置信息更新频率难以提高的条件下, 提出了卡尔曼滤波算法对靶标的位置信息进行预测从而提升更新速率的解决方案, 利用全球定位系统和惯性导航系统的数据, 建立了基于飞行速度、姿态和位置信息采样频率等因素的动态指向误差模型, 并进行了理论分析和实验验证。结果表明, 对红外靶标系统在匀速直线飞行过程中将位置采样率由5 Hz提升至10 Hz时, 指向角误差减小了54.66%。此研究基于现有条件, 为减小定向辐射型红外靶标动态指向误差提供了一种有益的尝试。

为了提高输电线路状态感知实时性, 将单斜坡法和基于伪Voigt模型的最小二乘谱拟合法用于架空线路复合光纤应变的测量, 基于实测布里渊谱系统, 研究了工作点增益的信噪比和布里渊频移对单斜坡法准确性的影响。结果表明, 随着工作点增益信噪比增加, 布里渊频移误差近似成指数规律减小; 随着布里渊频移与工作点频率之差的增加, 布里渊频移误差先快速下降, 然后略有增加; 当工作点处布里渊增益的信噪比不小于25 dB且工作点频率始终小于(或大于)布里渊频移时, 单斜坡法应变误差小于60 με; 根据不同布里渊频移下60 με对应的临界信噪比, 可插值获得不同情况下对应的临界信噪比; 单斜坡法的谱测量时间和计算时间分别为谱拟合法的1/161和1/600左右。该工作为提高智能化光纤复合架空线路态势感知实时性奠定了基础。

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。

为了满足变压器中绝缘纸板因过热或者放电故障产生的一氧化碳气体的在线监测需求, 提出了一种基于光纤光声传感的油中溶解一氧化碳气体检测技术。采用光声光谱气体检测技术、并结合光纤传感和膜分离技术, 设计了集成油气分离和气体检测功能于一体的光纤光声传感探头, 油中溶解的一氧化碳气体通过油气分离膜进入到光纤探头中的微型气腔; 采用两根光纤将探头连接到解调仪器, 分别传输近红外激发光和探测光; 气体吸收光能产生的光声信号被光纤法布里-珀罗传感器探测, 并被设计的光纤光声解调模块进行信号处理, 获得系统对一氧化碳气体体积分数的检测灵敏度为0.345pm/10-6。结果表明, 所设计的光纤传感系统对油中溶解一氧化碳气体体积分数检出限达到5×10-6。该研究具有精度高、抗电磁干扰、脱气简单的优势, 为变压器油中溶解一氧化碳气体的检测提供了新方法。

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。

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。