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多芯光纤流速/流向测量技术研究

2020-12-08阅读(942)

多芯光纤流速/流向测量技术研究

论文摘要

随着我国海洋经济的快速增长,建设海洋强国战略的逐步实施,对水资源的开发利用和水文环境的监测显得极为重要,其中对水文运动监测是传感技术应用的核心之一。多芯光纤具有构成材料一致、高集成度、热膨胀系数相同等特质,其制成多芯光纤光栅传感器拥有抗电磁干扰、电绝缘性出色、耐腐蚀、结构紧凑、纤芯位置恒定、体积小、重量轻等优势。本文利用其特性,在多芯光纤上刻写不同波长的Bragg光栅,设计一种可以同时测量曲率和受力方向的传感器,并应用在流体环境中,实现流速和流向的同时测量,还消除环境温度对实验测量的影响。具体研究内容如下:首先,介绍了多芯光纤光栅传感技术的发展和应用,并对目前常见的水文流速流向传感器进行分析。基于耦合模理论,分析了多芯光纤Bragg光栅传感原理,并介绍常见的光纤光栅解调技术;其次,选取合适的多芯光纤和单模光纤连接方式,并在实验环境中,利用紫外曝光法制备不同波长的多芯光纤Bragg光栅。对多芯光纤光栅传感器封装方式进行研究,制成曲率传感器,并设计水流速流向传感器,为下文传感实验奠定基础;再次,对多芯光纤Bragg光栅曲率测量及方向判定传感原理的分析,设计一种可以同时测量曲率和方向的双芯Bragg光栅传感结构,并对传感结构进行仿真分析和实验论证,实验结果显示其对曲率和受力方向都敏感,可以通过波长变化同时测量曲率和受力方向;最后,对多芯光纤Bragg光栅温度和应力传感的研究,克服在实际连续测量应用中的温度和应力交叉敏感问题。将制成的传感器应用在液体的流速流向测量中,使其具有实用价值。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  •   1.1 引言
  •   1.2 多芯光纤概述
  •     1.2.1 多芯光纤简介
  •     1.2.2 多芯光纤技术发展及应用
  •   1.3 光纤光栅概述
  •     1.3.1 光纤光栅分类
  •     1.3.2 光纤光栅传感技术发展
  •   1.4 课题背景及研究现状
  •     1.4.1 课题背景
  •     1.4.2 流速流向测量研究现状
  •   1.5 本文主要研究工作及创新点
  • 第2章 光纤光栅理论研究
  •   2.1 引言
  •   2.2 光纤光栅理论
  •     2.2.1 耦合模理论
  •     2.2.2 传输矩阵法
  •   2.3 光纤光栅传感原理
  •     2.3.1 多芯FBG传感原理
  •     2.3.2 栅长对多芯FBG的影响
  •     2.3.3 周期对多芯FBG的影响
  •   2.4 光纤光栅解调技术
  •   2.5 本章小结
  • 第3章 多芯光纤FBG传感器制作
  •   3.1 引言
  •   3.2 多芯光纤连接方式研究
  •     3.2.1 热熔拉锥法
  •     3.2.2 多模连接法
  •   3.3 紫外曝光法制备多芯FBG
  •     3.3.1 紫外曝光法制备FBG原理
  •     3.3.2 紫外曝光法制备多芯FBG过程
  •     3.3.3 多芯FBG成品
  •   3.4 多芯光纤FBG传感器制作
  •     3.4.1 双芯FBG传感器制作
  •     3.4.2 水流速流向传感器设计
  •   3.5 本章小结
  • 第4章 多芯光纤FBG曲率测量及方向判定传感研究
  •   4.1 引言
  •   4.2 多芯光纤FBG曲率测量及方向判定传感原理
  •     4.2.1 曲率测量原理
  •     4.2.2 多芯光纤FBG曲率/方向传感结构设计及原理
  •     4.2.3 多芯光纤FBG曲率测量及方向判定传感仿真分析
  •   4.3多芯光纤FBG曲率测量及方向判定传感实验
  •     4.3.1 传感实验设计
  •     4.3.2 曲率测量实验结果及分析
  •     4.3.3 方向判定实验结果及分析
  •   4.4 多芯光纤FBG曲率测量及方向判定的同时测量
  •   4.5 本章小结
  • 第5章 多芯光纤FBG温度及流速/流向传感研究
  •   5.1 引言
  •   5.2 光纤FBG温度传感
  •     5.2.1 光纤FBG温度传感原理
  •     5.2.2 单模光纤FBG温度传感器制作
  •     5.2.3单模光纤与多芯光纤FBG温度传感实验
  •   5.3 多芯光纤FBG温度与应力交叉敏感消除
  •     5.3.1 多芯光纤FBG轴向应力传感原理
  •     5.3.2多芯光纤FBG轴向应力传感实验
  •     5.3.3 多芯光纤温度自补偿系统
  •   5.4 多芯光纤FBG流速/流向传感
  •     5.4.1多芯光纤FBG流速/流向实验
  •     5.4.2 实验结果及分析
  •   5.5 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 白景华

    导师: 齐跃峰

    关键词: 光纤传感,多芯光纤,流速流向,光纤光栅,曲率方向

    来源: 燕山大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,信息科技

    专业: 物理学,无线电电子学

    单位: 燕山大学

    基金: 国家自然科学基金项目

    分类号: TN253

    DOI: 10.27440/d.cnki.gysdu.2019.000212

    总页数: 76

    文件大小: 3445K

    下载量: 58

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