基于光纤光栅的高精度测温传感器研究

利用光纤光栅对温度和应变同时敏感的特性,我们设计制作了一款满足地震前兆观测中地温观测精度要求的双金属光纤光栅温度传感器,并首次对温度增敏后的光纤光栅传感器样品进行了精度分析,得到该传感器的精度达到士0.05℃,获得了现今光纤光栅温度传感器最高的分辨率0.0014℃/pm.该传感器的成功研制从实验上证明了光纤光栅用于地震前兆观测的可行性,为地震前兆观测的光学化打下了坚实的基础.     

温度与非轴向力对光纤光栅应变传递影响的分析

由于光纤、保护层和粘贴层以及基体材料的物理力学性能不同,使得光纤光栅传感器的测量应变不等于基体材料的实际应变。本文以埋入式非轴向力作用下的光纤光栅作为研究对象,采用弹性理论分析,利用剪滞法,推导了光纤光栅传感器在非轴向力和温度共同影响下的测量应变与基体结构实际应变之间的应变传递计算公式,并采用有限元方法对其分析,讨论了温度变化对非轴向力作用下的光纤光栅应变传递的影响,为埋入式光纤光栅传感器在非轴向力和温度影响下的应变测量提供理论依据。     

FBG传感器在碾压仿真混凝土大坝模型实验中的应用

光纤光栅传感器(FBG)具有抗电磁干扰、结构简单、测量精度高、长期稳定性好,可以实现实时、在线监测等优点,在传感器领域中得到了广泛的应用。对自行开发的管式光纤光栅应变传感器进行了混凝土梁纯弯标定实验;利用光纤光栅传感器检测了混凝土结构内部的应变变化;应用该种传感器,对在白噪声、正弦波、随机波三种动力荷载作用下碾压仿真混凝土大坝坝段模型结构各个工况下的应变进行分析。结果表明:自行开发的管式光纤光栅传感器应变测量值与电阻应变片测量值符合很好;成功监测了碾压仿真混凝土大坝坝段模型在动荷载作用下的弹性应变和启裂应变,为大坝结构在地震作用下的健康状况分析提供可靠依据。     

光纤应变仪的研制与应用前景

光纤应变仪是利用特种光纤光栅器件或者光纤干涉技术进行高精度应变传感的仪器.常见特种光纤光栅有相移光栅和光纤光栅谐振腔,线宽均较窄,可达到0.01 pm量级甚至更窄,结合高精度解调方法,可显著提高系统的应变测量精度.     

对高灵敏光纤光栅温度传感器的稳定性的初探

光纤光栅作为新型传感元件,因为其具有抗电磁干扰和分布式测量等电学传感器无法比拟的优点,正在被广泛的研究.为了实现替代现有的高精度电学温度传感器的目的,可以尝试利用光纤光栅对温度和应变共同敏感的特性,制作高灵敏度光纤光栅温度传感器.尽管已经出现了对高灵敏光纤光栅温度传感器的报到,但是,很少有针对高灵敏光纤光栅温度传感器稳定性的研究.在实验室环境下,我们对高灵敏光纤光栅温度传感器的稳定性进行了测试.我们制作了一款高灵敏光纤光栅温度传感器,将其与普通光纤光栅温度传感器和电学石英温度传感器共同置于盛满水的不锈钢容器中,观测室温变化.通过对它们两周的观测结果进行对比,我们发现:尽管与普通光纤光栅温度传感器的结果相比,高灵敏光纤光栅温度传感器的观测结果与石英温度传感器的结果更一致;但是,高灵敏光纤光栅温度传感器出现了微小漂移.因为该漂移出现在进一步拉伸光纤光栅的过程中,所以它很可能是由于光纤光栅的固定点出现了微小滑动造成的.这为光纤光栅在高精度温度测量领域的应用作了有益尝试.     

一种光纤光栅倾角传感器的试验研究

设计了一种新型的光纤光栅倾角传感器。本设计将简单可靠的金属悬臂梁结构与高灵敏度的光纤布拉格光栅相结合,考虑了光纤布拉格光栅的温度补偿及灵敏度,从而保证其整体耐久性较好、测量精度较高。将该倾角传感器与光纤光栅解调仪组成监测系统,同时利用无线电容式倾角仪对其灵敏度进行标定,取得了良好的线性数据,证明该倾角传感器性能良好。     

应用光纤光栅应变箍传感器的管道腐蚀监测试验

为了验证通过光纤光栅应变箍传感器对管道进行腐蚀监测的方法的可行性,在均匀腐蚀管道模型和局部腐蚀管道模型上分别进行了试验,试验所使用的应变箍传感器能够测量管道截面的环向应变,通过环向应变能够反应管道壁厚的变化情况。试验表明,这种光纤光栅应变箍传感器性能优良,可以应用于测量腐蚀引起的环向应变,在管道的腐蚀监测中具有很好的应用前景。     

对橄榄石相变形核率的估算

地幔主要矿物橄榄石［(Mg089Fe011)2SiO4］的相变与深源地震的解释以及俯冲带和周围地幔的相互作用相关. 其中,形核率和长大率是刻画其相变动力学的两个重要参数. 因为实验技术的原因,目前人们还没有基于实验数据给出橄榄石的形核率. 本文首先通过对挤碰物理图像的分析,对边界形核情形的相变动力学理论中表征挤碰程度的无量纲参数进行了修正. 在此基础上,根据已有的实验资料,首次对橄榄石相变的形核率进行了估计. 通过对形核率数据的拟合,可以得到形核率参数K0和γ1/3. 得到两个形核率参数的变化范围分别为K0=55×1021～87×1027s-1·m-2·K-1,γ1/3=0～020 J·m-2,最佳拟合值为：K0=69×1024s-1·m-2·K-1,γ1/3=016 J·m-2.     

KSS31M型海洋重力仪在海边静态观测的结果——兼与栾锡武先生商榷

本文介绍了在海边进行的为期32 d的KSS31M海洋重力仪静态观测结果,试验数据表明：KSS31M海洋重力仪可以清晰地记录重力固体潮理论值的变化,精度优于0.1×10-5 m·s-2（即常用的0.1 mGal）;潮汐海浪对重力仪观测数据产生了很大的影响,重力观测值表现出曲线变化特征,周期与海潮周期一致,变化幅度高达1.7×10-5 m·s-2;重力仪的月漂移小于1.7×10-5 m·s-2.     

末次盛冰期以来南海南部天然气水合物储库变化及其对环境的影响

末次盛冰期以来南海南部海平面及海洋底水温度均发生了很大的变化. 为了研究南海南部天然气水合物稳定带厚度在这个过程中的变化情况及其对环境的影响,我们利用相关的计算公式,并编制了计算稳定带厚度的程序,在南海南部的南沙海槽、曾母盆地、巴拉望盆地和苏禄海等四个重点海域选取了35个点进行末次盛冰期及目前稳定带厚度的计算. 计算结果表明,南海南部末次盛冰期和目前的天然气水合物稳定带厚度分别为262m和233m;甲烷资源量分别为269×1013m3和239×1013m3;水合物资源量分别为164×1011m3和146×1011m3. 这说明自末次盛冰期以来,南海南部稳定带厚度平均减薄了29m,平均减薄百分比为12%,同时释放了大约30×1012m3的甲烷,这些甲烷对环境产生了较大影响,对末次冰期的结束起了较大作用.     

光纤Bragg光栅在油气工业中的若干应用及进展

简要介绍光纤Bragg光栅的基本原理、传感检测系统的构成,以及利用光纤Bragg光栅进行温度、应变同时测量区分技术.光纤光栅作为新一代传感元器件,越来越受到广大油气工业用户的青睐.本文主要讨论光纤Bragg光栅在油气工业中的若干应用,并对存在问题和应用前景进行了展望.     

光纤布拉格光栅地震检波器的研究与应用

光纤布拉格光栅地震检波技术是一门较新的地震检波技术.实验表明,用光纤Bragg光栅做成的检波器不仅频带宽、稳定性好,而且灵敏度高,是一种较理想的地震勘探仪器.文章主要介绍了光纤布拉格光栅地震检波器的传感原理、理论计算及其工作原理,为光纤Bragg光栅地震检波器的研究以及实际应用提供了依据.     

A KEY TECHNOLOGY FOR MONITORING STRESS BY TEMPERATURE: MULTICHANNEL TEMPERATURE MEASUREMENT SYSTEM WITH HIGH PRECISION AND LOW POWER CONSUMPTION

Experimental and theoretical researches have confirmed that changes in crustal stress can be monitored by the in situ bedrock temperature. Monitoring stress by temperature requires the high-precision and multi-channel temperature measurement system. We have developed such a system, based on the several refinements. The key parameters on temperature measurement system mainly include:1)the accuracy is better than 1.0mK. At the 99.5%confidence level, the accuracy reaches 0.5mK. This system can be used to detect the change of magnitude of a few tenths to several MPa. The sampling period can be set, depending on remote control. The sampling period is usually set 5 or 15 minutes. 2)A system has up to 20 channels, and commonly uses for 8 or 12 channels. 3)This system has a significant performance in low power consumption. The power is supplied by lead-acid battery with 12 volt. It is at least 2 years that a lead-acid battery, with contents of 120Ah12V, can supply the power for a system with 8 channels. In conclusion, multichannel temperature measurement system with high precision and low power consumption is designed and realized. Specially, the performance in low power consumption is of great significance, which can greatly reduce the maintenance cost after the measurement station is constructed. This temperature measurement system provides a basic technology for monitoring changes in crustal stress with bedrock temperature.     

CBT型钻孔倾斜传感器振动时效预老化系统试验研究

CBT型钻孔倾斜传感器是我国地倾斜测量的重要仪器，只有保证倾斜传感器的高灵敏度和高自身稳定性，才能获得优质的观测数据。以往采用热处理和自然时效的方式消除传感器残余应力，进行预老化处理，提高传感器自身稳定性。该处理方法虽行之有效，但周期较长，难以满足日益增加的台站建设需要。为此，本文构建实验室倾斜传感器整机预老化系统，开展倾斜传感器快速消除残余应力试验，并跟踪传感器样品在阿图什台站的安装使用效果。通过实践证明，振动时效预老化工艺可有效消除传感器残余应力，有利于倾斜传感器的快速稳定。     

武都四分量钻孔应变观测数据分析

通过对多年水位、应变观测数据分析发现,水位上升引起应变下降变化（压应力增加）,两者变化同步.在水位大幅度变化时段求取应变响应灵敏度系数K,由K值可以定量剔除水位变化对应变测值的干扰.利用两两正交的4道应变测值可以求取2组面应变值,曲线形态相似则说明4道元件测值可靠性高.武都钻孔应变2组面应变值变化趋势基本相同,总体呈现波动下降（压性）变化.由2007年、2008年应变测值计算差异值η,其绝对值的平均值为0.21,数值较小,说明武都应变仪工作稳定,所测数据基本可靠.     

数字重力仪高精度恒温测温系统设计与测试研究

高精度数字重力仪广泛应用于矿产资源勘探领域,由石英弹性系统组成的重力传感器是高精度数字重力仪的核心部件,其对外界环境温度非常敏感,由环境温度变化引起的重力输出变化远远大于仪器本身精度指标,而且不同的数字重力仪具有不同的温度影响特性.若重力传感器的恒温环境得不到保障,或环境温度的微弱变化无法得到准确的测量和补偿,将严重影响重力仪器的测量精度和一致性.本文针对该问题,研究了高精度恒温测温系统的设计方法及关键技术,考虑到数字重力仪器精度高、体积小、功耗低和便携式的特点,对高精度恒温测温系统中的关键器件选型、热结构设计、电路设计、软件设计等进行深入研究,并给出具体的解决措施.并设计了静态试验、高低温试验和石英弹性系统温度系数测定试验三个部分验证高精度恒温测温系统的有效性.试验结果表明：高精度测温系统最小分辨率达到10 μ℃;静态常温时,高精度恒温系统温度变化约为70 μ℃;在-20℃~+45℃的环境温度冲击中高精度恒温系统温度变化小于1 m℃;恒温点微调装置可实现石英弹性系统温度系数的精确测定.该研究为高精度重力测量仪器研制中消除环境温度变化影响提供了一种有效解决方案.     

电导电极比测实验及其误差分析

260型电导电极能满足日常地震观测要求,但其精度在观测高和低电导率水样时有所不同;电导池常数的标定对电导率的日常观测是非常关键的,准备一支备用电导电极以确保电导观测的精度,提高观测数据的质量。     

汤坑井水位观测系统体应变响应分析

井水位观测系统作为一种天然的体应变计,我们可以把固体潮理论值作为观测井的输入值,以维尼迪可夫调和分析结果的半日波M2波群的振幅比作为井水位观测系统的灵敏度,其倒数即为观测格值,然后就可将井水位观测转换成体应变值。本文以汤坑井为例,计算分析了由印尼远震、汶川地震、台湾地震共三种地震类型对汤坑井水位所激励的水震波,结果显示,所记录到的水震波是叠加在体应变固体潮背景上的一种阶跃,对三种地震类型都分别做出了不同程度的响应,体应变固体潮响应幅度最高可达10^-7,体应变响应幅度与地震能量成正比,响应延迟时间与震中距成正比。     

高温高压下蒙脱石显微变形与力学性质的研究

通过研究高温高压条件下蒙脱石的变形特征和机制,着重阐述了蒙脱石的显微变形特征与温度压力之间的关系,以及对应力-应变的影响。研究表明,在围压为200M Pa条件下,温度升高将导致蒙脱石的变形增大。对相同应变量所需的差异应力则随温度上升而下降。但是,当温度>500℃时,相同应变量所需差异应力较300℃时显著增大,其屈服强度和变形模量在T≥500℃,σ≥300MPa时均因脱水明显增大。蒙脱石在高温高压下均为渐进失稳