文档详情

20130821基于光纤布拉格光栅的分布式光纤传感技术.pptx

发布:2017-06-06约1.51千字共37页下载文档
文本预览下载声明
基于光纤布拉格光栅的分布式光纤传感技术 杨 江 目录 1 分布式光纤传感技术 2 光纤布拉格光栅理论 3 基于FBG的分布式光纤传感技术 4 工业案例分析 1 分布式光纤传感技术 简介 光纤通信 光纤传感 远距离 任意位置 分布式光纤传感 温度 应力 振动 应变 类型 散射型 波长扫描型 干涉型 瑞利散射 拉曼散射 布里渊散射 光纤 布拉格光栅 FBG 激光干涉 相位调制 散射理论 瑞利散射 拉曼散射 布里渊散射 光时域反射技术(OTDR) 2 光纤布拉格光栅理论 FBG的概念 FBG的制备方法 FBG的理论模型 级联小反射模型 单个反射镜反射率10-7 反射光相位匹配发生相干干涉 驻波效应导致反射率增加 FBG相关参数 光栅周期(Λ) 相邻反射镜面反射光相位差(φ) 光纤的有效传播常数(β) FBG中心波长(λ) 光纤有效折射率(neff) 衍射级数(m) FBG理论模型的数学描述 用有效传播常数 表示的反射条件 反射光相位差 有效传播常数 用波长表示的 反射条件 FBG的反射强度 根据级联小反射模型 FBG的反射率随FBG的强度(反射镜面的反射率)*长度(反射镜面个数)的增加而增加 光纤光栅在传感领域中的应用 光纤光栅的有效折射率、周期等特征参数,都随着外部施加的应力、温度、浓度等物理量的变化而改变,从而导致光纤光栅的Bragg波长(或频率)发生变化。波长变化公式为 FBG波长变化公式 其中,pe为弹光系数,α为热膨胀系数,ζ为热光系数,λ为Bragg波长,Δε为外部应力下FBG的应变,ΔT为温度变化 3 基于FBG的分布式光纤传感技术 基本方案 传感机构 复用结构 解调系统 温度 应变 应力 扭矩 WDM TDM SDM FDM 封装技术 复用技术 基本方案 4 案例分析 案例背景 由美国国家航空航天局(NASA)开发的,基于光纤布拉格光栅(FBG)的传感技术已经证实比现有传感方案性能高20倍,并且在诸如汽车,航空航天,油气,核能,医疗设备以及风能等领域的应用,呈现出巨大突破。 2011年6月,美国4DSP公司从NASA获得授权,开始将基于FBG的传感技术用于解决与结构和环境监测相关的现实问题,在各个领域得到广泛应用。 现实问题 泄漏 结构缺陷 叶片断裂 传统的电子传感器 基于FBG的传感器 价格昂贵 分布式安装困难 变化? 易损坏 替代方案 液体 气体 压力 温度 存储容器 误操作 修改 环境变化 保险设计 厚度 重量 成本因素 通过实时监测修正安全系数 液体与气体监测 产品设计 理论模型 原型测试 提高设计效率 状态监测与故障诊断 裂纹产生与传播 腐蚀 延长产品生命周期 过载 采集风能转换为电能 叶片损坏 风力发电机状态监测 空气动力载荷 叶片几何结构 倾斜 扭转 振动 反馈控制 调整叶片角度 衰减高阶振动 叶片几何结构 最佳状态 最高转换效率 实时监测 物理建模 输入空气动力载荷 结构应力应变分析 最佳材料与结构设计 飞机结构健康监测 电阻式应变片 机身结构的 力学性能 降低成本 机身重量 电子设备 全光网络 降低成本 分布式光纤传感解决方案 测点 应变花 三臂120度夹角 应力流 电缆成束 路径引导 独立分析 潜在风险 基于FBG的分布式光纤传感技术 应力 温度 加速度 压力 解调单元 光频域反射 传感器的设计 等距配置 波长编码 自由安装 多通道信号 中央解调单元 系统架构 波长扫描 1525-1560nm 频域分析 响应时间 50ms RTS150 光纤传感系统 数据分析 线性回归分析 相关因子R2 Thanks Best Wishes
显示全部
相似文档