摘要：针对高端装备承力结构的健康监测问题,研制了集成128个传感器通道的超声导波检测系统,包括集成化的压电传感智能层、系统主机和具有损伤实时定位功能的上位机软件3部分。首先,通过优化智能层外观与叠层设计、提高主机输出功率、自适应放大响应信号、增加串扰抑制电路等措施,保证系统能够在复杂环境中可靠运行;其次,搭建不同的测试环境,分别对系统的串扰抑制效果、定位准确性和变温变振动条件下信号的稳定性进行验证。结果表明:系统实现了对不同强度串扰信号的剥离;损伤定位误差为毫米级;温度和振动干扰引起的损伤指数较模拟损伤小1个数量级。该超声导波检测系统稳定性高、环境适应性强,可作为在线监测仪器用于高端装备承力结构的健康监测。

摘要：基于光纤布拉格光栅(FBG)高温传感特性,设计了一种基于波长调制的耐高温光纤光栅传感网络。系统设计了新型封装结构的耐高温光栅传感头。并针对传统FBG传感网络结构可靠性低的缺点,设计了一种高可靠分布式传感网络结构。采用InGaAs图像传感衍射解调技术对光反射波长进行解调。20～290℃范围测试实验表明,所设计的传感网络温度响应曲线平均线性度达0.9991,灵敏度为0.0258nm/℃,测量精度达±0.6℃,响应时间小于16s,稳定性高,适用于实际工作环境中的高温测量。

摘要：为了研究机械感生长周期光纤光栅(MLPFGs)的特性,利用机械微弯法写制了长周期光纤光栅。采用机械先加工技术制作了周期性压力槽,通过设计机械写制结构,制作了MLPFGs,并实验验证了周期性压力槽的周期、周期数以及外加应力等参数与MLPFGs透射谱的关系。最后,研究了温度对带有涂敷层和无涂敷层单模光纤写制的MLPFGs的影响。实验表明:MLPFGs的最大谐振峰值可达16dB,插入损耗14nm的调谐范围;带有涂敷层和无涂敷层单模光纤写制的MLPFGs谐振波长的温度灵敏度分别为0.057nm/℃,0.086nm/℃,谐振峰值的温度灵敏度分别为0.230dB/℃,0.312dB/℃。该写制结构能较好地控制MLPFGs的透射谱,同时结构简单、易擦除、成本低,在光纤传感领域具有一定的应用价值。

摘要：将采用机械感生法写制的长周期光纤光栅(MLPFG)串入环形腔中,设计了一种新颖的L波段可调谐环形掺铒光纤激光器(EDFL)。抽运光源为980nm半导体激光器,使用掺铒浓度为5×10-4,长度为12m的铒纤作为增益介质,通过调整待写制光纤与周期性压力槽之间的夹角,改变MLPFG的写制周期,调谐MLPFG透射谱,进而影响环形腔增益最高点,光纤激光器波长可调谐范围可达42nm(1562.465～1604.280nm),激光光谱3dB带宽45dB。长时间观测表明,激光功率稳定性优于0.2dBm。实验显示,该光纤激光器具有带宽较宽,线宽较窄及性能稳定等特点。

摘要：基于气体的差分吸收检测原理和超窄带半导体激光器的光谱扫描技术,设计了一种高精度分布式二氧化碳气体检测网络。系统采用超窄带可调谐半导体激光器作为光源,设计了新型气室结构,通过方波信号对光源光谱进行调制,消除了其他气体成分和灰尘颗粒的干扰,并结合空分复用技术,实现了二氧化碳的实时分布式检测。利用超窄带光谱扫描技术测得了不同压强下二氧化碳分子在1 572.66nm附近的弱吸收谱线并进行了分析。实验结果表明系统浓度最低检测限为0.005%,测量最大相对误差小于3%;逐次充入一定体积二氧化碳气体,动态响应时间小于8s。

摘要：设计并实验研究了一种基于机械微应变引入长周期光纤光栅(MLPFG)的横向压力传感系统。利用机械线加工技术制作周期为600μm,长度为60 mm的不锈钢压力槽板,测定了槽板对待写制光纤施加的横向压力与MLPFG谐振峰峰值之间的关系,并借助布拉格光纤光栅(FBG)搭建了高精度横向压力解调系统。实验表明,在0～60 N的范围内,压力与MLPFG透射谱深度有很好的线性关系,线性度达0.9950,灵敏度约为0.35 dB/N。保持45 N的压力20 h,MLPFG谐振峰峰值最大波动小于0.06 dB,具备良好的稳定性。采用中心波长为1542.890 nm的FBG实现了系统解调,系统灵敏度为0.12μW/N,进一步提高了检测系统的实用性。

摘要：为了提高耐高温传感网络检测精度并优化其性能,针对传统光纤布拉格光栅(FBG)传感网络结构测量精度低及可靠性差的缺点,设计了一种高精度高可靠传感网络结构;并基于多传感器数据融合原理,构建了改进的支持度矩阵数据融合模型对初始采样值进行融合处理。实验结果表明,290℃时,应用改进的支持度矩阵模型的传感系统测温估计值总绝对误差为0.220℃,且估计值波动幅度较小;20～290℃范围内,系统精度达到±0.2℃;当传感器发生故障时,构建的支持度矩阵模型稳健性好,传感网络测温可靠性高。本文的高温传感系统具有精度高、可靠性好和抗干扰能力强等特点,适用于实际工程的温度测量。

摘要：基于超窄线宽激光特性和激光器波长扫描技术,通过对一氧化碳气体近红外吸收光谱的测量及分析,设计了一氧化碳气体多参数实时在线检测系统。系统采用超窄线宽可调谐半导体激光器作为光源,利用气体直接吸收光谱测温法,实现了一氧化碳气体温度实时检测。根据所测温度值并结合气体浓度差分检测原理,实现了一氧化碳气体温度和浓度同时测量。利用超窄线宽激光器波长扫描技术还测得了不同温度下一氧化碳分子在6 354.179和6 383.09 cm-1附近的吸收谱线并进行了Voigt拟合和分析。实验结果表明,系统温度测量最大相对误差小于4%,长时间稳定性实验,温度最大相对波动小于3.5%;系统浓度测量最大相对误差小于5%,最小检测限为0.05%。该气体多参数检测系统精确度高、稳定性好,可用于电力变压器故障气体状态实时在线监测。

摘要：基于边缘滤波解调原理,提出了一种利用双长周期光纤光栅(LPFG)解调光纤布拉格光栅(FBG)振动传感信号的新方法。利用传输光谱叠加后的双LPFG作为边缘滤波器,增大了FBG传感信号解调灵敏度。静态实验结果表明,利用单、双LPFG作为滤波器解调的灵敏度分别为-1.196 5dB/nm和-2.483 6dB/nm,双LPFG解调的灵敏度约是单LPFG解调灵敏度的2倍。设计制作FBG振动传感器,利用双LPFG作为滤波器进行了FBG振动传感信号的解调实验,结果表明,传感器的动态响应时域信号及频谱与激振信号吻合很好,并具有良好的冲击振动响应。

摘要：为解决传统的高温传感器不能满足对电解Al槽温等高温环境的实时在线测量问题,提出了基于波长调制的光纤Bragg光栅(FBG)高温传感系统,设计了一种新型封装结构的耐高温FBG传感头,具有体积小、灵敏度高和线性度好等特点;采用了基于InGaAs图像传感器衍射解调技术对光反射波长进行解调,缩短了系统的响应时间,提高了测量精度和稳定性。实验结果表明,本文系统在20～290℃的范围内,线性度达0.999 2,灵敏度为0.0259nm/℃,精确度为±0.6℃,分辨率为0.1℃,响应时间小于15s,温度最大波动范围为±0.7℃。