井下光纤光栅温度压力传感器的研制

井下的温度和压力是油田开发中的重要参数.介绍了一种可用于油井井下长期监测的光纤温度压力传感器,该传感器采用布拉格光纤光栅测量原理,优化设计了特殊的封装结构,通过与油田现场测试技术的紧密结合,实现了国内光纤井下传感器无现场应用的突破.该传感器压力量程0～50 MPa,测试精度达到0.1% FS;温度量程0～150℃,测试...     

薄壁管光纤光栅传感器准稳态传热性能研究

依据傅立叶传热定律和牛顿冷却定律分析了薄壁管光纤光栅传感器准稳态传热机理,用AN-SYS数值模拟了其传热性能.在22.3～303.1℃温度范围,对薄壁石英管封装的光纤光栅温度、压力双参量传感器内、外壁温度进行了测试,结果表明数值模拟与实验验证基本吻合,为光纤光栅传感器的设计和测试提供了依据.     

基于光纤Bragg光栅的采动支承压力分布试验研究

为了研究采动支承压力的分布情况,采用光纤Bragg光栅(FBG)传感器对长壁采场模型试验进行了测试,在模型中埋设了9支FBG应变传感器,对比分析工作面推进时底板支承压力与上位FBG的测试结果。试验揭示了FBG测试结果与支承压力变化呈现镜面反射,在超前支承压力影响范围内支承压力与波长漂移呈线性关系。研究提出了支承压力FBG测试灵敏度参数,其表征了FBG传感器每变化1 pm时的支承压力变化;定量分析了围岩采动支承压力分布规律,得出了测线2三支FBG所在层位的支承压力大小与影响范围(K,L1,L2),同时建立了基于FBG的围岩采动支承压力的分布模型,用于描述采动围岩体中支承压力在不同层位和距离工作面不同距离时的分布规律。     

新型光纤高温高压传感器的研究

针对油井下温度、压力测试要求,研究了一种新型的光纤式温度压力传感器。传感器基于光纤Bragg光栅（FBG）和Fabry-Perot（F-P）腔传感原理,能同时检测压力和温度。F-P腔的压力系数远大于温度系数,并通过温度补偿保证传感器的测试精度。经实验室标定和测试,传感器压力检测的精度达到±0．5％F．S．,温度检测精度达到±0．5℃。对油井下的温度压力测试有重要意义。     

光纤光栅压力计及其传感特性的研究

设计了一种基于悬臂梁结构的光纤布拉格光栅（FBG）压力传感器,采用应变片作为悬臂梁,将垂直压力转换成轴向应力. FBG固定在悬臂梁上,将应力转换成中心波长的漂移. 通过半导体激光器斜边检测法检测FBG波长的移动. 研究了FBG栅区长度和特征反射光谱宽度的关系,选择并制作了栅区长度为1 mm的FBGs作为传感器,确保FBG中心波长漂移时,半导体激光的波长仍在FBG的反射光谱区域内,扩大了传感器的动态范围. 在悬臂梁双侧设计了FBGs对结构,利用这对FBGs对环境温度相应系数相同的特性,消除环境温度波动对压力测量的影响. 在实验中改变FBGs对的温度,测量了它们对温度的响应并利用温度消敏算法获得传感器的温度不敏感性能. 提出了FBG压力传感器的空分复用技术,利用多个光纤耦合器和光电探头（PD）阵列组成传感网络. 上述的压力传感网络技术在边坡、基坑等土木工程结构安全监控领域具有实用价值.     

基于神经网络的光纤光栅压力传感器的温度补偿

针对光纤光栅自身对温度和应变的交叉敏感性,以及光纤光栅压力传感器的输出受环境温度影响很大且不易消除的问题,以聚合物封装的光纤光栅传感器为例,提出了用BP神经网络实现光纤光栅压力传感器温度补偿的方法,解决了传感器输出特性的非线性校正的问题．通过Matlab仿真结果显示,系统最大测量误差由1915％降低到4．26％;实验证明该方法可以有效地减少温度对光纤光栅压力传感器测量精度的影响．     

基于薄壁圆筒结构的光纤光栅瓦斯压力传感器

为提高瓦斯压力监测的精度和准确性,设计了一种带温度补偿、基于薄壁圆筒结构的高灵敏度新型光纤光栅瓦斯压力传感器。通过理论分析,确定了传感器的结构和尺寸。该传感器采用内径15 mm、壁厚0.13 mm、材料为30Cr Mn Si A的薄壁圆筒。通过测试,传感器灵敏度为220 pm/MPa,瓦斯压力为10 MPa时光纤光栅中心波长漂移量为2.93 nm,基本误差小于0.05 MPa,具有较好的可重复性。现场应用表明,新型传感器具有较高精度,克服了温度对监测结果的影响。     

光纤传感应力检测的相似模拟实验

为定量化研究矿山相似材料模型的岩层移动规律,采用光纤Bragg光栅传感器、百分表和光学全站仪等多种测量手段,建立了基于光纤Bragg光栅传感器的模型应力应变检测系统,模拟采场上覆岩层由于采动引起的移动变形过程。实验室搭建3 m×1.15 m×0.2 m的采场上覆岩层移动的相似材料模型,几何相似比1∶200,模型中埋入3个不锈钢封装和6个醋酸乙烯封装光纤Bragg光栅传感器,1个陶瓷封装的温度光纤光栅传感器用以温度补偿,模型共架设14个百分表和6条全站仪测线。实验结果表明,光纤传感器对模型开挖过程中的应力状态变化形成了监测,光纤传感器的波长漂移量与相应岩层的垮落形态密切相关;模型实际岩层运移影响了光纤传感器波长漂移量曲线的变化,在岩块断裂时引起的FBG04的最大波长漂移量为1 504.24 pm;实验所用的不锈钢封装传感器的平均灵敏度为32.53 pm/mm,醋酸乙烯封装传感器的平均灵敏度为56.32 pm/mm,醋酸乙烯封装的光纤Bragg光栅传感器平均灵敏度是不锈钢封装的1.73倍。     

基于氧化铝陶瓷的无线无源高温压力传感器的设计与制备

设计并制备了一种基于氧化铝陶瓷的无线无源高温压力传感器。首先在常温、压力测试范围为0~0.4 MPa的设计条件下,利用ANSYS仿真软件对所设计的结构进行了力学模型的分析,得出方形氧化铝陶瓷的最大等效应力小于最大许用应力;之后从切片与冲孔、叠片与热压、高温烧结、丝网印刷与后烧等主要工艺步骤介绍了基于氧化铝陶瓷压力传感器的制备方法;最后对其进行了导通性测试。所制备的压力传感器可用于常温下的压力检测和高温下的性能研究。     

测试方法对沥青混合料抗压回弹模量的影响

沥青混合料回弹模量是路面结构设计中一个重要的参数。针对常见的AC-16I、AC-20I两种沥青混合料，在大型精密设备一材料试验系统（MTS）上对其回弹模量进行了试验与分析。试验在0．1～0．7MPa单位压力下，分别用“顶面法”与“侧面法”测试了竖向位移，顶面法中又采用了MTS机架位移传感器和线性位移传感器两种方法，侧面法用了应变规引伸仪测试竖向应变。结果表明，在0．7MPa单位压力下，侧面法比顶面法的回弹模量更接近部颁规范推荐值。同时测出了不同温度下沥青混合料回弹模量，建立了回弹模量与温度之间的关系，为合理确定沥青路面的设计参数提供依据。     

具有温度补偿的光纤光栅压力传感器

为了实现高压测量时的温度交叉敏感问题,提出一种基于自由弹性变形体的光纤光栅压力传感器结构及光纤光栅传感信号的自解调方法。与传统光纤光栅传感器中传感单元与解调单元相互分离的结构不同,该文提出的光纤光栅压力传感器系统利用一对匹配的光纤光栅和一个简单的等腰三角形悬臂梁结构,实现了传感解调的合而为一,解决了光纤光栅传感器的交叉敏感和信号啁啾的问题。仿真与初步的试验结果表明,在高达100M Pa的压力范围内,测量灵敏度为8.5 pm/M Pa。     

金属基陶瓷涂层用无机结合剂的制备

采用H3PO4,Al(OH)3为主要原料合成金属基陶瓷涂层用无机胶粘剂,以磷酸盐胶粘剂为基料,添加氧化铜为固化剂,通过设计氧化铜和磷酸盐的配比即调胶比配制而成;并将其刷涂在金属基体表面.研究氧化铜粒度、调胶比、固化温度和时间对胶黏剂粘结强度的影响;利用电子万能试验机测试其拉伸、剪切强度.采用扫描电镜分析粘结机理.结果表明:随着磷酸盐密度增大,调胶比由小到大时,胶粘剂的粘接强度由大变小.随着固化时间的增加,胶粘剂的粘接强度增大;随着固化温度的升高,胶粘剂的粘接强度先增大后减小.胶粘剂Al/P=1:3、氧化铜粉粒径为200~400目、调胶比为4g/ml、固化温度为160℃、固化时间不少于3h时,能达到理想的粘接强度.基体与胶粘剂的界面结合强度源于机械互锁与互扩散.     

智能金属结构中光纤光栅传感器的无粗化镀膜工艺

为了用金属直接固化代替目前的环氧粘接技术,从而实现光纤光栅传感器的无胶粘接,提出了一种无需粗化的光纤光栅传感器表面金属化工艺方法,并通过化学镀镍磷(Ni-P)合金,实现了光纤传感器的金属化封装。采用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪及热振试验分别对涂层的表面形貌、成分、结构和结合力进行了检测和分析,结果表明,制备所得涂层表面光滑、平整且致密;同时,通过镀膜光纤光栅传感器件与金属构件的实际键合试验,证明其结合力强、力学性能良好,能满足光纤光栅传感器的使用要求。     

新型喷射混凝土用无碱液体速凝剂的研制与优化配伍

介绍了新型喷射混凝土用无碱液体速凝剂的研制与优化方法,采用无机、有机物质复合的研制路线,使用硫酸盐和中性钠盐作为主要促凝物质,并利用高分子物质对速凝剂进行优化,如使用醇胺类聚合物提高砂浆的1 d强度,使用酰胺类聚合物来改善喷射混凝土的粘聚性,以提高喷射混凝土与基体的粘结力,降低喷射过程中的回弹损失量。优化后的无碱液体速凝剂完全满足《喷射混凝土用速凝剂》标准(JC477-2005)中的一等品要求,使水泥在3min内初凝,8 min内终凝,砂浆1 d强度大于12 MPa,与空白砂浆试块相比28 d抗压强度比达94%以上,后期强度基本无损失,性能优于国内外同类品牌。且原料成本低廉,仅为1000元/t左右,工业化生产方法简单,适合工业化大批量生产。     

促进剂对金属/EPDM黏接的影响

研究了黏合剂中所使用的N 环己基 2 苯并噻唑基次磺酰胺(CZ),N,N 二环己基 2 苯并噻唑基次磺酰胺(DZ),二硫化二苯并噻唑(DM),N,N 间苯撑双马来酰亚胺(PDM)四种不同类型促进剂对黏合剂的影响,以及各促进剂不同用量对黏合剂的影响·实验结果表明,在本实验的黏合剂体系中,促进剂对EPDM橡胶与金属的黏接强度有提高作用,噻唑类促进剂的作用强于酰胺类,最佳促进剂为DM;噻唑类促进剂的最佳质量分数为0 5%,最大剪切强度为1 059MPa·     

无机填料对聚氨酯仿瓷砖性能的影响

以聚氨酯为胶料、粉煤灰和CaCO₃为填料制备了仿瓷砖，进行力学性能测试和SEM扫描分析。结果表明，填料的添加量为72~78%、压制强度为21~109 MPa时，添加粉煤灰和CaCO₃的仿瓷砖的最大破坏强度为3 300 N和2 300 N，最大断裂指数为50 MPa和35 MPa，最小耐磨损体积分别为289 mm³和445 mm³，最小吸水率为0.95%和0.85%。粉煤灰的综合增强作用好于CaCO₃。     

表面涂覆活性凝胶聚合物暂堵剂的研究与应用

以聚乙烯醇、骨胶和苯甲酸为固相材料,采用具有表面活性的单体和丙烯酰胺、丙烯酸钠进行共聚得到的活性聚合物对粉状固体表面进行包覆,通过有机硅改性处理得到一种水溶性暂堵剂WRP,测试了暂堵剂的悬浮性、水溶性以及抗温性能,通过驱替实验测试了暂堵和解堵性能。实验结果表明,该暂堵剂水溶率大于95%,可耐260℃高温,悬浮分散性能好,在岩心中注入8倍孔隙体积的0.4%暂堵剂后,暂堵率与水驱解堵率均大于95%,突破压力高达6.2 MPa。并将其应用于赵凹油田的安2117井进行了现场实验,加入暂堵剂后压力上升6.3 MPa,达到暂堵效果和解堵效果,实现了裂缝的暂堵转向。     

FBG传感器温度性能及温度补偿实验

FBG温度传感器可以用于测温,在其他参量监测中,还用它作温度补偿.本文对FBG及其传感器的温度性能进行实验研究,旨在研究FBG传感器的温度灵敏度及提高温度补偿精度的方法.结果表明:从实验中得到的温度灵敏度与理论分析结果非常吻合;使用低膨胀材料做工作片基底,用高膨胀材料做补偿片基底,可以有效地减小温度补偿误差,提高测量精度.     

桥面防滑薄层弹性环氧胶黏剂的研究

针对桥面铺装结构较厚,且容易出现病害等问题,对桥面铺装材料力学性能进行分析,提出了一种桥面环氧薄层结构,并进行了防滑薄层弹性环氧胶黏剂的开发.通过对增韧剂、稀释剂和固化剂的研究、选择及配方优化,制得了一种性能良好的防滑薄层弹性环氧胶黏剂.通过拉伸测试可知,其拉伸强度可达21MPa,断裂伸长率达50%.同时其与混凝土粘接强度可达2.5MPa,且热相容性通过.试验结果表明,桥面防滑薄层弹性环氧胶黏剂综合性能优异,适用于桥面铺装工程.