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.     

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。     

光纤传感技术的应用进展

随着光纤技术的不断发展,光纤传感技术在更多的领域得到应用与发展.结合光纤传感技术的最新研究成果以及在军事、化工、航空航天以及地质工程中的开发研究,本论述首先介绍了光纤的结构及其分类,其次从光纤光栅传感器、阵列复用传感器系统、分布式光纤传感器系统以及智能化光纤传感器系统介绍光纤传感技术的研究进展,然后从军事、化工、航空航天及地质工程领域中介绍光纤传感技术的应用,最后结合现代科技以及计算器技术的发展对光纤传感技术在各个领域中的应用前景进行展望.     

光纤传感技术在油田开发中的应用进展

相对于传统电学传感器,光纤传感器具有体积小、灵敏度高、耐酸碱腐蚀、抗电磁干扰能力强、不产生电火花以及可实现分布式、实时在线、永久性监测等特点,得到了众多科研工作者的广泛关注,并在油田开发中获得了广泛应用。对应用于油田开发中的光纤传感技术的原理和发展现状进行了介绍,主要包括用于温度、压力、流场、声波、应力等方面检测的光纤传感技术。阐述了各种光纤传感技术在油田开发中的具体应用,通过对各传感技术的优缺点进行分析,并与现有的传统传感技术比较,指出了光纤传感技术在油田开发应用中的巨大优势和广阔前景,并对光纤传感技术在油田勘探和开发中的进一步的应用和发展进行了展望。     

光纤光栅传感技术的原理与应用

光纤光栅传感技术作为是近些年来发展起来的一门新技术。具有高灵敏度、低损耗、易制作、性能稳定可靠等优点。本文阐述了光纤光栅传感技术的原理及光纤光栅传感技术的应用。     

光纤光栅传感技术在重大工程结构诊断与监测中的应用

光纤光栅传感技术具有传统传感器无可比拟的优势,重大工程结构的健康诊断与监测是跨学科的前沿研究领域。介绍了光纤光栅传感技术用于重大工程结构的原理、国内外研究以及在重大工程中应用的概况,阐述了基于光纤光栅传感技术和应变模态理论的损伤自诊断智能结构系统的基本构成、原理,并指出近期应当加强光纤光栅传感技术的结构诊断、动态解调、工业化批量生产及其埋设等方面研究工作。     

光纤光栅轴向应力传感模型的研究

对光纤光栅的应力传感特性进行了理论分析,提出了光纤光栅轴向应力传感的数学模型,得出了其应力灵敏度系数的理论值,并对轴向应力作用下光纤光栅的传感特性进行了实验研究,对比分析了理论与实验结果,讨论了光纤的力学参数对光纤光栅应力传感特性的影响。     

光纤分布式布里渊散射传感技术的发展

随着对光纤中非线性效应的不断研究,布里渊散射由于可以同时测量外界环境的温度和应变且测量范围与测量精度均较高,使得其在光纤分布式传感领域得到了广泛的重视和研究.本文介绍了光纤布里渊散射的传感原理,综述了基于布里渊光时域反射、布里渊光时域分析和布里渊光频域分析的光纤分布式传感技术的原理及进展,最后从用户需求方面对光纤分布式布里渊散射传感技术的未来发展方向进行了展望.     

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.     

光子晶体光纤在光纤传感中的应用

近年来,随着人们对光纤传感和光子晶体光纤研究的不断深入,光子晶体光圩在光纤传感中的应用正成为一个新的研究热点。本文介绍了光纤传感和光子晶体光纤的相关内容,重点结合光子晶体光纤的特点介绍了光子晶体光纤在偏振型光纤传感和布担格光栅传感中的应用。     

光纤光栅传感网络中微弱光信号的检测

本研究了在光纤光栅传感网络中微弱光信号的检测技术．并利用PIN光电二极管作为光电转换器件，成功地在光纤光栅传感复用网络系统中，实现了低达10pW的光信号的检测．     

光纤光栅传感特性测试仪的研究

利用匹配光纤光栅解调的技术,将光纤光栅和悬臂梁结构相结合,制作出一种新颖的光纤光栅传感测试仪.该仪器具有成本低、线性度高、灵活性和方便性,不仅可作为现场光栅传感测试装置,而且可以作为光纤光栅教学实验设备.     

桥梁检测新技术

本文介绍了桥梁检测的工作内容、测试仪器及方法、国内外桥梁检测技术的现状与发展,着重论述了桥梁检测新技术中的光纤传感技术,及其检测原理和在国内外桥梁检测中的研究与应用,并指出了桥梁检测中光纤传感技术的发展方向,最后介绍了桥梁损伤识别与无损检测的新方法。     

基于布里渊放大结构的分布式光纤温度传感技术的研究

阐述了一种基于布里渊放大结构的分布式光纤温度传感技术,该技术利用了光纤中布里渊频移与温度的依赖关系。本文从传感光纤的结构特点和材料的物性系数出发,在理论上证明了光纤温度与布里渊频移量之间存在线性关系。基于此传感技术建立了一实验系统。测试数据证明了理论分析的正确性。     

光谱吸收光纤甲烷气体传感系统的研究

针对光纤传感系统中的光路干扰问题以及近红外光谱的特点,设计了包含透射式一体化微光学传感单元和适合甲烷气体检测的锁相放大模块的光谱吸收甲烷传感系统。国内外对光谱吸收式光纤气体传感技术进行了大量研究,发现存在很多问题,本文针对其光路干扰和弱信号检测难的问题进行了改进。     

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.     

光纤传感技术在烃类检测中的实验研究

本研究在调研了大量光纤传感技术文献的基础上,对用于烃类组分进行直接检测的气态烃光纤传感器进行理论研究,完成了技术方案路线的选择和初步设计,探索性进行光纤传感在流体检测方面的实验,为后续该技术开发打下良好的基础。     

光纤光栅传感原理及其实用化问题的研究

该文在介绍光纤光栅传感原理、模型的基础上,对光纤光栅传感器实用化面临的两大难题—交叉敏感和波长微小位移的解调技术的几种方法进行了研究和探讨,讨论了可能的解决方法.     

光纤智能材料与结构损伤估计的神经网络处理

以光纤智能材料与结构中的损伤估计为目的,根据光纤阵列传感信号处理的需要探索了人工神经网络处理信号的原理与结构,给出了ＢＰ（ｂａｃｋｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｎｅｕｒａｌｎｅｔ－ｗｏｒｋ）网与Ｋｏｈｏｎｅｎ网的仿真结果。     

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.