光纤式温度压力双参数测量技术的研究

论文摘要

随着光纤技术的进步和推广,光纤传感技术在各个领域中的应用被广泛关注。光纤传感技术在工业、医疗、国防等重要方向都有大量的应用,起着举足轻重的作用。在井下恶劣环境下对流体的参数进行实时测量,一直都是该行业的热点研究问题。其中涉及的各种传感技术,是研究这类问题的关键。本文就是探讨一种基于光纤传感技术的温度压力双参数测量方法与实用技术,该技术适合在高温高压、粘稠且有强电磁干扰的环境下工作。本文首先从测量系统的实现入手,设计了测量系统的总体方案和结构组成——光发射模块、传输光缆、传感器模块和信号采集处理模块。其中,详细说明了测量系统温度、压力双参数测量的原理,对传感模块的结构组成和参数确定进行了设计和计算。本系统以反射式光强调制光纤位移传感器原理和砷化镓（GaAs）晶片的透光率与温度变化的关系特性为理论依据,实现了温度压力双参数的同步实时测量。本文同时对测量系统软件的设计和功能实现进行了详细论述,系统软件由HK-PC812数据采集接口卡和Visual Basic系统实现。最后,完成了测量系统的软硬件调试,对测量系统的稳定性、重复性、精度比对进行了测试,并对实验结果和所产生的误差进行了分析。理论分析和实际调试结果表明,模块软硬件设计正确,满足设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 光纤传感器发展综述
• 1.2 光纤式传感器井下测量的发展及应用
• 1.3 课题的来源、目的和意义
• 1.4 课题主要研究内容
• 第2章 总体方案设计
• 2.1 引言
• 2.2 技术指标
• 2.3 总体方案设计
• 2.3.1 光发射模块
• 2.3.2 传输光缆
• 2.3.3 传感器模块
• 2.3.4 信号采集处理模块
• 2.4 本章小结
• 第3章 传感器模块的硬件设计与研制
• 3.1 引言
• 3.2 C型弹簧管的设计
• 3.2.1 弹簧管材料的选择
• 3.2.2 弹簧管横截面参数及曲率的设计
• 3.2.3 弹簧管壁厚的验算
• 3.2.4 弹簧管形变仿真分析
• 3.3 传感器模块的壳体设计
• 3.3.1 壳体的材料选择
• 3.3.2 壳体的厚度验算
• 3.3.3 壳体与弹簧管、光纤测头的联接
• 3.4 壳体、弹簧管与光纤测头的相对位置确定
• 3.4.1 反射式光强度调制
• 3.4.2 光纤测头与反射面的间距确定
• 3.4.3 相对位置的参数确定
• 3.5 本章小结
• 第4章 系统程序的开发
• 4.1 引言
• 4.2 HK-PC812 数据采集卡概述
• 4.3 系统软件的设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 测试实验及结果
• 5.1 引言
• 5.2 测量系统的性能测试
• 5.2.1 压力测量实验
• 5.2.2 温度测量实验
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢