基于光纤布拉格光栅的分布式光纤传感技术课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,基于光纤布拉格光栅,的分布式,光纤,传感,技术,基于光纤布拉格光栅的分布式光纤传感技术,1,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,目录1 分布式光纤传感技术,2,1,分布式光纤传感,技术,1 分布式光纤传感技术,3,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,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,4,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,类型散射型波长扫描型干涉型瑞利散射光纤激光干涉,5,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,）,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）,6,2,光纤布拉格光栅理论,2 光纤布拉格光栅理论,7,FBG,的概念,FBG的概念,8,FBG,的制备方法,FBG的制备方法,9,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的理论模型级联小反射模型单个反射镜反射率10-7,10,FBG,相关参数,光栅,周期,（,）,相邻反射镜面反射光相位差（,）,光纤的有效传播常数（,）,FBG,中心波长（,）,光纤有效折射率（,n,eff,）,衍射级数（,m,）,FBG相关参数,11,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理论模型的数学描述用有效传播常数反射光相位差有效传播常,12,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,FBG的反射强度,13,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,光纤光栅在传感领域中的应用光纤光栅的有效折射率、周期等特征参,14,FBG,波长变化公式,其中，,p,e,为弹光系数，,为热膨胀系数，,为热光系数，,为,Bragg,波长，,为外部应力下,FBG,的应变，,T,为温度变化,FBG波长变化公式,15,3,基于,FBG,的分布式光纤传感技术,3 基于FBG的分布式光纤传感技术,16,基本方案,传感机构,复用结构,解调系统,温度,应变,应力,扭矩,W,DM,T,DM,SDM,FDM,封装技术,复用技术,基本方案传感机构复用结构解调系统温度WDM封装技术复用技术,17,基本方案,基本方案,18,4,案例分析,4 案例分析,19,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,。,案例背景,20,2011,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。,2011年6月，美国4DSP公司从NASA获得授权，开始将基,21,现实问题,泄漏,结构缺陷,叶片断裂,现实问题泄漏结构缺陷叶片断裂,22,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,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,23,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,液体压力存储容器误操作保险设计厚度通过实时监测修正安全系数液,24,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,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,25,采集风能转换为电能,叶片损坏,风力发电机状态监测,采集风能转换为电能叶片损坏风力发电机状态监测,26,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,空气动力载荷叶片几何结构反馈控制叶片几何结构实时监测,27,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,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,28,电阻式应变片,机身结构的,力学性能,电阻式应变片机身结构的,29,降低成本,机身重量,电子设备,全光网络,降低成本,降低成本机身重量电子设备全光网络降低成本,30,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,分布式光纤传感解决方案测点应变花应力流电缆成束路径引导独立分,31,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,基于FBG的分布式光纤传感技术应力解调单元,32,传感器的设计,等距配置,波长编码,自由安装,传感器的设计等距配置波长编码自由安装,33,多通道信号,中央解调单元,多通道信号中央解调单元,34,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,系统架构波长扫描频域分析响应时间RTS150,35,数据分析,线性回归分析,相关因子,R,2,数据分析线性回归分析相关因子R2,36,Thanks,& Best Wishes,Thanks,37,