光纤光栅在受压粉末状物质中压力测量的应用

论文摘要

光纤布喇格光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)是目前最有发展前途、最具代表性的光纤无源器件之一。由于它能将被感测信息转化为反射波长的偏移，即具有波长编码的特性，因而不受光源功率波动、系统损耗和环境因素的影响。此外，光纤光栅具有可靠性好、抗电磁干扰、抗腐蚀等优点，易于将多个光纤光栅串联在一根光纤上构成光纤光栅阵列，实现分布式传感，这是其他传感元件无法比拟的。本课题的目的是设计测量圆柱体压力容器内粉末状物质受力分布的传感器。为了能够准确的测量压力分布，测量点必须要尽可能地小；并且由于粉末状物质的特殊性，要求测量探头本质安全，不能有易燃易爆的隐患。基于以上考虑我们选择了用光纤光栅进行多点测量，设计了光纤光栅分布式压力传感网络系统。本文首先从光纤光栅传感的理论入手，分析了光纤布喇格光栅的传感机理，建立光纤光栅传感模型，并对光纤光栅应变、温度传感特性进行了系统的分析。其次，对光纤光栅分布式压力传感网络进行了原理分析，比较了常见几种复用技术和信号解调技术。最后对光纤布喇格光栅压力传感器制作过程进行详细介绍，包括传感器的工作原理和结构，材料的选择及制作工艺等，并且进行了压力特性测试实验，对实验结果与理论值进行比较，对其技术指标进行分析。实验结果表明：本文的光纤光栅分布式压力传感系统的设计方法可行。整个装置测量准确度高、重复性好、尺寸小，能够满足圆柱体压力容器体内粉末状物质在受压过程中压力分布变化情况的测量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的，背景和意义
• 1.1.1 课题的目的及传感器的选择
• 1.1.2 课题的背景和意义
• 1.2 光纤光栅传感器应用的发展现状
• 1.2.1 光纤光栅传感器的应用范围
• 1.2.2 国内外应用概况
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 第2章 光纤布喇格光栅的传感特性
• 2.1 光纤布喇格光栅的理论模型
• 2.2 光纤布喇格光栅的传感特性
• 2.2.1 光纤光栅的温度特性
• 2.2.2 光纤光栅的轴向应变特性
• 2.2.3 光纤光栅的横向应力特性
• 2.3 光纤布喇格光栅的通用指标
• 2.4 小结
• 第3章 光纤光栅传感网络及解调技术
• 3.1 光纤光栅分布式传感网络
• 3.1.1 光纤光栅传感复用（网络）技术
• 3.1.2 光纤光栅常用的复用技术
• 3.2 光纤光栅传感器的信号解调技术
• 3.3 小结
• 第4章 光纤布喇格光栅压力传感器的研制
• 4.1 FBG传感器设计
• 4.1.1 传感器的结构
• 4.1.2 碟形弹簧的设计制作
• 4.1.3 光纤光栅的粘贴
• 4.2 传感器的工作原理
• 4.2.1 传感器压力特性理论分析
• 4.2.2 传感器的特性分析与技术指标
• 4.3 压力特性实验
• 4.4 实验数据分析
• 4.4.1 测量值与理论值分析
• 4.4.2 FBG性能指标
• 4.4.3 系统测量精度的提高
• 4.5 现场测量实验
• 4.6 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 今后工作的展望
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢