基于光纤传感器的冲击、流量及温度监测技术研究

摘要

光纤传感技术随着光纤和光通信技术的发展而迅速发展，成为一门新兴的传感技术。它具有电绝缘性能好、抗电磁干扰能力强、灵敏度高、动态范围大、工作频带宽，并且容易实现被测信号的远距离监控等突出优点。本文从理论和实验两方面入手，分别对光纤M-Z传感技术和基于光纤光栅传感器的管道流量与电表触头温度监测技术进行研究，并编写了相关信号处理软件。全文主要研究工作包括如下几个部分：
　　首先，针对典型机械结构动态载荷监测需求，研究了影响光纤M-Z传感系统偏振特性、相位特性以及系统稳定性的主要因素。借助数值模拟得到光纤弯曲、外部环境应力与温度对干涉系统偏振特性的影响，分析了初始相位差、声源信号对系统输出光强及相位延迟的影响。采用相位补偿技术用以消除相位漂移引起的信号衰落现象。
　　其次，构建了用于典型机械结构动态载荷监测的光纤M-Z干涉型传感系统，研制了用于补偿干扰信号扰动的相位调制器。设计了针对四边固支铝合金板结构冲击载荷信号采集的光纤传感探头。在此基础上，构建了管道冲击载荷光纤M-Z干涉型监测系统。
　　再次，针对管道流量监测需求，设计了一种适用于管道液/气两态流量测量的光纤光栅传感器。研究了基于扇式敏感机构的光纤光栅传感模型，数值模拟得到叶片参数对流量监测灵敏度的影响规律。借助FLUENT仿真软件，得到叶片数、叶径比下流体流经叶片后的压损特性。在此基础上，构建了基于光纤光栅流速传感器的工业管道流体在线监测系统。
　　最后，针对电力系统温度监测需求，设计了基于光纤光栅的仅感温不受力传感探头。采用整体化温度标定方法，提高了温度监测精度和稳定性。通过构建基于LabVIEW的数据采集与控制系统，实现了电能表检定过程中压接触头温度信号的显示、存储和预警等功能。

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注 释 表

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.3本文研究目的及意义

1.4 本文研究内容

第二章 光纤M-Z干涉型传感器理论研究与数值模拟

2.1 光纤M-Z干涉型传感器应力与温度测量原理

2.2 光纤M-Z干涉型传感系统偏振特性数值仿真

2.3光纤M-Z干涉型传感系统相位特性数值仿真

2.4 本章小结

第三章 光纤M-Z干涉型传感系统设计与应用研究

3.1 光纤M-Z传感系统设计

3.2 测量系统光路搭建及器件选型

3.3 光纤M-Z干涉型传感系统相位调制器研制

3.4 光纤M-Z干涉型传感探头设计

3.5 光纤M-Z干涉型传感系统监测实验与讨论

3.6 本章小结

第四章 扇式结构光纤光栅流量传感技术研究

4.1 基本原理

4.2 光纤光栅流速传感器灵敏度数值模拟

4.3 扇式叶片敏感结构参数优化

4.4 实验与结果讨论

4.5 本章小结

第五章 电能表自动化压接可靠性光纤光栅温度监测技术研究

5.1 电能表压接触头温度测量原理

5.2 光纤光栅电能表触头温度监测硬件构建

5.3 光纤光栅电能表触头温度监测软件设计

5.4 功能验证与分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文工作总结

6.2 展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文