红外吸收型光纤甲烷气体传感器的研究

根据工业采矿对甲烷气体浓度检测的需要，研究和讨论了一种易于实现的红外吸收型光纤甲烷气体传感器系统，讨论其传感元件及光路结构，并提出了用单片机小系统和上位机组成的多点遥测系统。     

基于PLC的双波长双光路DFB LD瓦斯气体检测技术

针对传统热催化瓦斯检测技术和光纤传感瓦斯检测技术的不足,提出了一种新的瓦斯气体检测方案.根据双波长双光路DFB LD光谱吸收原理,采用Siemens PLC控制技术,设计了瓦斯气体传感器和瓦斯气体检测系统.实验结果表明,该系统拓宽了检测范围,具有精度高、稳定性好、寿命长等特点,并能消除光路干扰和光源输出功率不稳定等因素.     

新一代光纤智能传感网与关键器件基础研究进展

天津大学在973计划项目的资助下,开展了光纤传感技术相关研究.其主要内容包括设计了基于光子晶体光纤的填充银线的PCF-SPR传感器,最佳灵敏度为2 400 nm/RIU;设计了一种基于液芯光子晶体光纤的PBG-PCF温度传感器,传感器的最高分辨率为4×10³ nm/RIU;设计了基于甲苯-氯仿混合溶液填充的光子晶体光纤可调谐热敏光开关,通过改变溶液配比实现不同温度跃变点;构建了基于光微流体理论的3种结构模型,并针对模式场分布及磁场探测展开了研究;构建了基于L波断掺饵光纤放大器的光纤内腔气体传感系统,其绝对误差小于0.04%;针对传感器结构、解调光路、解调算法,设计并优化了F-P传感系统;提出了针对光纤传感网的评估鲁棒性模型,开展了梳状暗调谐光源技术和OFDR技术在光纤传感网检测方面的研究.     

基于相关光谱和差分检测的气体传感系统

基于相关光谱和差分检测技术提出了一种新型的光纤气体传感系统,实现了对微量气体的高灵敏度、高准确度、实时在线检测.首先对该系统进行了详尽的理论分析,然后在合理选择实验器件的基础上搭建了一个光纤气体传感系统,测量乙炔气体的体积分数.该系统不仅消除了光强波动及待测气体中杂质气体的干扰,而且也避免了周围环境中噪声和杂散光的影响.实验结果表明,系统的分辨力可达0.5‰,测量灵敏度为6.62μV,最大绝对误差为0.15‰,相对误差为7.5%,稳定性为2.27%,重复性误差为0.817%.     

基于生产者-消费者程序结构的振动传感系统

低频振动常伴随自然灾害的发生,低频振动信号的实时准确检测对海底地震监测及海啸预警等领域的灾害探测具有重大意义,光纤振动传感器是实现低频信号检测的有效方式.设计了一类光纤振动信号传感系统的传感光路及相位解调单元,采用基于迈克尔逊干涉仪结构的顺变柱体传感检波器实现对传感系统中振动信号的转换和探测.针对光纤式低频振动信号传感系统的信号处理高实时性和高信噪比的难题,提出在信号解调处理单元引入LabVIEW的生产者-消费者程序结构模式,极大提高程序并行运算速率并有效释放上位机内存压力.经过系统整体联调测试实验验证,系统对0.01～1 Hz的超低频振动信号有高信噪比的输出,同时为光纤振动传感技术在低频频段研究工作提供参考.     

紫外吸收光谱式SO2光纤传感器的设计

以电化学传感器为核心的便携式烟气监测系统在使用中易受其他气体的干扰,造成监测结果误差较大;本文将反射式光纤传感技术、紫外吸收光谱方法、光纤光谱仪和计算机数据处理技术相结合,设计出能检测SO2气体的便携式烟气检测系统,经分析光电探测器的暗电流限制最低检测限,SO2检测限分别为2 mg/m3.     

基于光纤环衰荡腔的甲烷传感系统

为测量甲烷气体浓度,设计基于光谱吸收原理测量气体浓度的传感系统。该系统利用光纤环衰荡腔代替传统的光学腔,使光源产生的光脉冲信号在光纤环中多次循环吸收,延长了吸收路径,从而大大缩短了气室长度。利用该系统对甲烷气体浓度进行测量,对测量结果的参数进行分析,并通过实验仿真得到甲烷气体浓度与光脉冲信号衰荡时间的关系。结果表明:实验结果与理论相符,证明所设计系统正确可靠。     

基于空芯光子晶体光纤的反射式气体传感器

以光子晶体光纤(PCF)为研究对象,以提高气体测量灵敏度为研究目标,提出一种反射式的光纤气体传感技术.首先,利用宽谱光源谐波检测技术,并结合实际应用需求,设计了基于空芯PCF的反射式气体传感系统,并详细分析了系统的工作原理.然后,针对空芯PCF与单模光纤耦合困难、气体填充时间长的问题,设计了集密封、固定及连接于一体的机械耦合装置作为测量气室.最后,以乙炔气体为例,测试了该系统的传感特性,体积分数分辨力可达0.02%,最大相对误差为1.39%.该技术将进一步推动PCF在气体传感中的应用,并为其在实际气体浓度测量中的应用提供了理论和实验基础.     

光纤传感技术在监测大气污染中的应用

大气污染环境是人们十分关注的问题,大气污染环境气体的检测是环境保护、污染控制治理的前提和必要条件。光纤传感技术为大气污染环境气体的检测提供了一个有效的手段。本文主要以吸收光谱型光纤传感器为例介绍了监测大气污染光纤传感器的应用及展望。     

光纤传感技术在监测大气污染中的应用

大气污染环境是人们十分关注的问题,大气污染环境气体的检测是环境保护、污染控制治理的前提和必要条件。光纤传感技术为大气污染环境气体的检测提供了一个有效的手段。本文主要以吸收光谱型光纤传感器为例介绍了监测大气污染光纤传感器的应用及展望。     

光纤气体传感机理研究

研究了光纤CO2气体的传感机理。根据扰模理论,讨论了光纤纤芯和包层与外界介质之间的能量转换关系,并用CO2作扰动气体,进行光纤CO气体传感实验,得到光纤CO气体传感灵敏度及回归曲线。结果表明,对于不同的扰动程度,光纤传感的灵敏度与扰动有一定的线性关系。用光纤做成的CO2气体传感器结构简单,可应用在许多领域。     

基于光纤光栅的变压器绕组温度监测系统

针对传统测温方法对变压器绕组温度监测效果不很理想的问题,设计了基于光纤光栅的变压器绕组温度监测系统,分析了光纤光栅传感原理,并对监测系统进行了硬件和软件的设计,利用搭建的试验光路,对监测系统进行了测试,试验结果表明采用光纤光栅作为温度检测器件,能够对变压器绕组温度进行精确测量。     

高灵敏度光纤气体传感器的研究

研究了差分吸收式光谱吸收型光纤气体传感器．基于NO2的光谱吸收特性,设计了一种检测NO2浓度的光纤传感系统,以LED作为光源,采用双波长差分检测技术,有效消除了由光源、光纤和传感头的不稳定所引起的检测误差,提高了检测灵敏度,大大增加了该传感器的适用性．     

新一代光纤智能传感网技术进展

新一代光纤智能传感网是一项涵盖领域较为广泛的综合性技术,主要包括微结构光纤传感、基于非线性光学散射的光纤传感、基于光纤扰动的光纤传感、传感网的优化及应用技术四个方面。燕山大学、天津大学研制了不同类型的光子晶体光纤传感器,可用于生物化学方面检测。中国计量学院、南京大学开展了基于非线性光学散射的光纤系统研究,并在实际工程中得到应用。复旦大学、天津大学、上海理工大学针对光纤扰动的理论、算法等方面进行了研究。天津大学开展了光纤传感网优化及应用的研究,并在实际中得到应用。该文简要介绍了上述科研机构在光纤智能传感网技术方面取得的进展,为广大科研工作者进行相关研究提供参考。     

光纤在激光动态定距测量中的应用

该文介绍了一种利用光纤本身具有的高精度相位延迟的性质,将光纤传感技术应用于激光动态定距测量系统中,通过测量参考光路与测试光路的光信号之间基于光程差而引起的相位差,来测量预定距离的一种原理方案。根据鉴相的理论基础,该文阐述了光纤传感器在动态定距测量系统中的功能;针对待定的环境,对鉴相系统作了重要改进;分析了改进后系统的测距灵敏度、精度,讨论了改进后系统所具有的优点,并对系统的应用和发展前景作出评估。     

分布式光纤传感中用于快速检测的软硬件设计

针对目前分布式光纤传感系统检测速度慢的缺点，利用可编程逻辑器件(FPGA)芯片为核心设计能快速检测的数据采集系统，将1次全量程检测时间从30 s甚至几分钟缩至10 s以内，使得分布式光纤传感接近实时. 分布式光纤传感技术是光纤传感中最有应用前景的技术之一，其最大的优点是能实现大范围超长距离检测.介绍布里渊和拉曼这两类分布式传感的传感原理以及其重复性、帧结构的传感数据特点. 根据该特点设计基于FPGA内部的多个先入先出（FIFO）的超长环形队列进行数据缓冲和求均算法操作，对信号进行降噪处理，并设计基于USB20协议的CY7C68013A数据传输模块将数据传输到上位机显示和存储. 结果表明，该设计解决了分布式光纤传感中因测量时间长，不能实时检测的问题，实现准实时检测，大大提高分布式光纤传感的性能，可应用于需要准实时监测和大量传感器的场合.     

矿用光纤气体检测中的最小二乘拟合方法研究

由于矿用光纤气体检测系统中线性最小二乘拟合方法只适用于光谱吸收率小于0.1的气体检测,针对光谱吸收率增大时气体吸收谱线与浓度的变化呈现非线性的问题,本文采用阻尼最小二乘拟合算法进行气体浓度的计算。实验结果表明,改进的矿用光纤气体检测系统检测极限由原来的100 ppm提高到了30 ppm量级,简化了标定程序,能够更好地满足煤矿安全生产的需求。     

基于改进粒子群算法的光纤光栅压触觉传感阵列测点优化

为了解决机器人手指压触觉测量中检测系统存在的电磁干扰问题,目前很多研究中采用了具有抗电磁干扰、体积小、质量轻且易封装等优势的光纤光栅压触觉传感阵列.针对机器人手指压触觉传感阵列测点排布问题,提出了一种基于改进粒子群算法的测点优化方法.首先通过有限元仿真得出机器人手指抓握过程的应变场分布情况,然后基于应变场分布结果进行传...     

掺杂型荧光光纤温度传感技术

用激光加热基座法生长出端部掺Cr3+的蓝宝石荧光光纤温度传感头,并设计制作了荧光光纤温度传感系统.该系统采用锁相相关检测方法,对呈指数衰减的荧光寿命进行测量,其测温范围为室温至450℃,分辨率为1℃.该系统具有抗电磁干扰、测温准确、分辨率高、动态响应好等优点,可以应用于生物医疗和变电站等场所的温度监控.     

分布式光纤传感系统相位还原的色散特性

在强度调制型光纤传感系统中,光脉冲的传播会受色散的影响而产生展宽效应.为了研究色散对相位调制型光纤传感系统相位传输特性的影响,本文对该系统获得的相位信号受色散的影响进行研究评估.该研究是基于宽光谱白光光源Sagnac结构的分布式光纤传感系统,分别使用正弦信号和脉冲信号对在不同长度传感光纤里传输的光进行相位调制,并还原出相应的相位调制信号;作为对比,在另一强度调制型光纤传感系统中,用相同参数的脉冲信号对在不同长度传感光纤里传输的光进行强度调制.结果显示,在强度调制型光纤传感系统中获得的脉冲信号会发生明显的展宽,但在相位调制型光纤传感系统中还原出的相位调制信号脉宽展宽明显小于强度调制型系统.