FBG扭振式黏度测量方法研究

论文摘要

黏度在现代的社会生活和科学研究生产中都是非常重要的物理量,因此为了满足需求,黏度测量方法也在不断地更新中。虽然国内外出现了很多原理不同的测量方法,但是仍然在很多方面需要进行改进,例如:在线测量与抗干扰[1]。本篇论文的主要研究目的便是通过研究提出了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)的扭振式黏度测量方法。采用专用电路系统及传感模块,通过检测FBG光纤光栅中的信号来得到测头的振动幅度,从而推算流体黏度。黏度测头主要由壳体、FBG构成,结构简单,易于实现小型化;电路模块主要由线圈控制电路、解调电路及通信电路组成,结合上位机处理程序,可实现黏度信号的高精度采集、处理及测量。论文首先对流体黏度测量相关的文献进行了大量地调研,并在此基础上对测量方案和原理进行了大量地分析和研究。在这些基础上对FBG扭振式黏度测量系统中所需的每个模块进行分析和设计,针对测量系统的原理推导出了待测流体黏度与电压之间的数学关系模型。然后再利用测量系统的实验平台,对FBG扭振式黏度测量方案进行了可行性实验分析。首先调试了整个测量系统,并通过测量系统的可行性实验对待测流体黏度与电压之间所推导出的关系进行了验证并分析了误差产生的原因。在验证系统可行性的基础上又进行了重复性及稳定性实验和分析。实验结果证明该流体黏度测量系统很好地区别出不同黏度的流体,并且有很好的精度。实验结果同时也显示本测量系统的重复性和稳定性也相当不错。本论文创新性地将FBG与黏度测量相结合,根据FBG扭振式黏度测量系统的要求设计了所必需的各种模块,并对FBG扭振式黏度测量系统进行了相关的实验,在流体黏度测量领域探索出一种更加适合现场测量的方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题提出背景
• 1.2 黏度概述
• 1.3 光纤光栅概述
• 1.4 黏度测量意义
• 1.5 黏度测量国内外现状
• 1.5.1 黏度测量传统方法
• 1.5.2 黏度测量国内外发展趋势
• 1.6 课题研究内容和目标
• 第二章 总体方案设计
• 2.1 测量原理
• 2.2 方案设计
• 2.2.1 驱动方式选择
• 2.2.2 光纤光栅测量结构选择
• 2.3 论文主要工作
• 2.4 本章小结
• 第三章 FBG扭振式黏度测量系统理论分析
• 3.1 流体黏性力分析
• 3.2 FBG扭振式黏度测量方法的理论分析
• 3.2.1 驱动力分析
• 3.2.2 光纤光栅分析
• 3.2.3 能量分析
• 3.2.4 其他因素考虑
• 第四章 系统详细设计
• 4.1 机械结构设计
• 4.1.1 振动结构设计
• 4.1.2 测头结构设计
• 4.1.3 光纤光栅测量结构设计
• 4.2 电路设计
• 4.2.1 驱动电路设计
• 4.2.2 电压补偿电路设计
• 4.2.3 功率放大电路设计
• 4.3 FBG扭振式黏度测量系统软件设计
• 4.3.1 FBG扭振式黏度测量系统底层程序设计
• 4.3.2 FBG扭振式黏度测量系统上位机程序设计
• 第五章 FBG扭振式黏度测量系统实验验证及分析
• 5.1 FBG扭振式黏度测量系统实验平台
• 5.2 系统实验与分析
• 5.2.1 测头空载振动实验分析
• 5.2.2 未加补偿电压测量实验分析
• 5.2.3 系统验证实验及分析
• 5.2.4 系统重复性实验及分析
• 5.2.5 系统稳定性实验及分析
• 5.3 系统实验总结
• 第六章 全文的总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢