姚夕林[1]2014年在《分布式光纤Bragg光栅传感解调系统的研究》文中指出随着电子技术不断的进步发展,传感技术作为“感官”发挥着越来越重要的作用,在大型智能控制系统当中,传感器回馈的信息准确无误、稳定而不间断成为系统连续有效稳定运行的前提。在很多恶劣的检测环境下,传统的传感器在特殊检测环境下存在着稳定性不高,抗干扰能力不强等问题逐渐成为制约整个检测系统的关键,本文采用光纤光栅技术提出了一种新型光纤传感器,可大幅度提高检测数据的精度,且由于光纤传感网络检测系统稳定性高、成本较低,可适用于各种恶劣的检测环境。本文详细的介绍了光纤Bragg光栅传感器的特点以及传感系统的组成,在理论上证明了光纤Bragg光栅传感系统的可行性,介绍了光纤Bragg传感器的工作原理和特性,通过分析说明传统传感器的不足之处和面临的困境,凸显了光纤传感器优势;建立了光纤Bragg传感器的数学模型,比较分析目前应用较为广泛几种光纤解调技术,从成本、精确度、分辨率角度选择了可调谐光纤F-P(法布里-珀罗)滤波器检测法作为本系统的解调方法;设计以ARM处理器为控制核心的光纤Bragg传感网络,从光路部分、电路部分详细介绍了整个光纤传感系统元件以及电路部分的组成,系统采用μc/Dc-Ⅱ的操作系统,通过C语言和汇编语言完成程序的编程；通过对整个系统的仿真和对光纤Bragg传感系统的特性进行实验分析,最终得出温度与压力与光纤光栅的传感特性曲线。在面对各种干扰的情况下,基于光纤Bragg光栅传感网络的检测系统同时将复用编码技术和传感技术相结合并融合于一体,可以实现在待测地域及监测点的多点分布式测量,本系统同时还对环境中的例如温度、暗电流造成的噪声等变化均有较强的抗干扰能力,在很大程度上提升了系统的准确性和稳定性,确保监控系统的的连续性、可靠性及有效性,最终实现“监控预防”的目的。
周宁[2]2015年在《分布式光纤光栅温度监测数据处理系统研究》文中认为随着近年来工业建设的快速发展,大型结构的健康监测越来越受到重视。分布式的传感网络能够对大型结构设备进行全面系统的监测。光纤光栅传感器基于波长编码,易于复用组网并且具有耐腐蚀、抗电磁干扰等优点,在众多不同种类的传感器中脱颖而出,由光纤光栅传感器组建的传感监测网络在桥梁构架监测、油田矿井安全监测、粮仓温度监测等领域具有广阔的应用前景。首先,论文主要对光纤光栅的传感解调技术进行了深入研究,介绍了光纤光栅的耦合模理论和布拉格光栅的温度传感原理,并阐述了分布式光纤光栅传感网络常用的复用技术和解调技术。其次,论文配合使用高精度光纤光栅解调仪搭建了分布式光纤光栅传感解调系统,详细介绍了光纤光栅解调仪的各组成部分的工作原理及传感网络采用的光栅复用技术。再次,论文设计了分布式传感网络监控的应用程序,重点编写了上位机软件,用户可以实时在线监测外界参量变化,存储参量变化信息,可以对参量进行数据分析。从分析需求到系统功能设计,简单介绍了编程语言及SQL Server数据库以及各部分功能的实现过程。最后,论文主要对分布式温度监测数据处理系统进行运行测试,利用自行编写的上位机软件对温度与波长关系进行标定,分析了实验中光栅的温度灵敏度,并对影响光纤光栅温度特性的因素进行归纳总结。
张闯[3]2004年在《分布式光纤Bragg光栅传感系统的研究》文中进行了进一步梳理由于光纤 Bragg 光栅具有良好的波长选择性,不同光纤 Bragg 光栅反射波长不同,可以对同一根光纤上的不同点进行传感,且其反射波长能够随应变和温度的改变而改变,所以在光纤传感领域得到了广泛的应用。本文利用压电晶体的逆压电效应来改变光纤 Fabry-Perot 腔(F-P 腔)的腔长,进而使各个光纤 Bragg 光栅的反射波长和压电晶体的驱动电压建立关系,来解调光纤 Bragg 光栅不同传感点的信息。本文首先对光纤 Bragg 光栅的传感原理进行理论分析,根据光纤 Bragg光栅的便于复用的特点,设计分布式光纤 Bragg 光栅传感系统。整个系统由光路和电路两部分组成。对光路的各个部分的细节参数进行设计,并推导压电晶体的形变与被测点光栅应变或温度的关系。电路部分的设计包括发光二极管的驱动电路设计,光电转换部分的设计以及压电晶体驱动电压的采样、保持到转换为可显示的数据的单片机处理系统的设计。在系统设计过程中,选用 orCAD/Pspice9 对硬件电路进行仿真,并用伟幅仿真系统对软件进行仿真;设计实验样机,并应用光路和基本电路部分对整个分布式光纤 Bragg 光栅传感系统进行了温度和应变特性实验。通过对实验结果和 BGD-L05A 光纤光栅解调器的测量结果进行比较分析总结,以证明本文所提出的方案可行,且所设计系统的灵敏度、稳定性及抗干扰能力等均优于已有的光纤光栅传感器。本文最后指出了系统存在的可进一步改进的部分,并且给出对解决存在问题的方法和措施的建议。
李宏[4]2009年在《分布式光纤Bragg光栅传感器解调技术的研究》文中进行了进一步梳理光纤Bragg光栅以其体积小、抗电磁干扰、便于复用等独特的优势,被广泛应用到传感领域。采用信号复用技术将光纤光栅分布于待监测环境之中,构成分布式光纤光栅传感系统,可以对环境进行立体、实时监控。快速准确地对分布式传感信号进行解调,是系统设计的关键问题之一。由于传统解调系统(如光谱仪法)体积庞大,造价昂贵,无法广泛应用到工程实践中。因此,如何实现分布式光纤Bragg光栅解调系统的高精度、低成本、便于工程现场使用,成为该领域研究热点之一。本文提出一种基于匹配滤波法的分布式光纤Bragg光栅传感器解调方案。该系统以串联光纤Bragg光栅模拟分布式传感网络,利用安装在等强度悬臂梁上的串联匹配光栅作为匹配解调器件,以基于ARM Cortex~(TM)-M3内核的STM32F103芯片为核心控制器,通过控制精密电动位移台的运动,驱动等强度悬臂梁对匹配光栅施加应力,使其与传感光栅相匹配,获取有效传感光信号,然后利用光电二极管实现光电信号转换,并交由信号采集电路以及核心处理器进行信号解调运算,从而实现对传感光栅所处环境参量(如温度,应变等)的检测。本文设计的控制系统包括系统电源、主控制电路、信号采集电路、LCD显示接口。在PC端设计了分布式光纤Bragg光栅解调系统应用程序,该应用程序通过PC串口与主控制板完成信息交互,实现了解调系统的PC端控制、数据处理、系统性能评测等功能。
徐常明[5]2013年在《基于可调谐F-P滤波器的光纤光栅传感解调系统研究》文中研究表明光纤光栅传感器以其结构紧凑、抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、耐高温、可测量参量种类多、检测灵敏度高、以及易于组成分布式传感网络等独特优点，普遍应用于土木工程、石油化工、电力电子和医疗等领域。光纤光栅传感解调技术方案逐步成熟，但由于解调系统集成度不高和高精度的解调系统价格高昂，成为实际工程应用中的主要障碍，因此为了促进光纤光栅传感器的市场化规模应用，有必要开发出一套高稳定性、高精度和成本适中的光纤光栅传感通用解调系统。对光纤布拉格光栅(FBG)的传感机理进了分析，研究了FBG的温度和应变敏感特性，以及在对单一参量测量时，克服温度和应变交叉敏感影响需要采取的补偿措施，对比了光纤光栅传感常见的解调技术。设计了基于光纤F-P可调谐滤波器解调的通用传感解调系统，对系统传感光路所需的光学器件性能参数进行了分析，重点分析了光纤F-P可调谐滤波器器件参数对解调系统性能影响，针对波长扫描时由PZT动态漂移引起的非线性和可重复性偏差的影响，提出采用参考光栅和FFP-TF2驱动算法改进进行硬件和软件补偿的措施，并实验验证了其对提高解调精度的可行性。完成系统信号处理与分析控制单元硬件电路设计，包括C8051F340控制单元及其外围接口电路模块、FFP-TF2驱动电路、光电检测电路模块、A/D传感数据采集模块、LCD显示模块等功能模块设计，并将其集成到单板上，为系统集成化和仪器化提供方便。在硬件平台基础上，开发了基于VC++的上位机监控软件，利用MSCOMM控件实现串行数据的收发，并基于TeeChart图表控件实现监测数据的图形化显示，满足智能化的远程在线实时监控。最后实验验证了系统硬件和软件系统的性能和稳定性，对系统进行温度传感测试实验，结合实验数据分析了FBG中心波长和温度的线性度关系，测试了FFP-TF2的动态漂移特性，给出实际应用中的补偿方案，系统实验结果达到预期要求。
柏俊杰[6]2006年在《多通道分布式光纤Bragg光栅传感网络波长解调技术的研究》文中研究说明光纤布喇格光栅(FBG,Fiber Bragg Grating)具有体积小、重量轻、可集成、抗电磁干扰,并且能够实现传感信息波长编码等特点,它的性能优于光强编码或相位编码的光纤传感器。因为多个光栅可以都写入到一根光纤上,并利用多路复用技术来编址,所以FBG传感器具备了分布式传感测量的能力,一个多通道分布式的传感网络可有数百个FBG传感器。但是,如何将传感网络中的数百个FBG传感器pm级的谐振波长位移△λ实时的、高精度的测量出来,这是光纤布喇格光栅传感技术走向实用化所面临的关键技术。 本文对多通道分布式FBG传感网络的波长解调技术进行了深入的研究,设计了一种新颖的多通道分布式FBG传感网络波长并行解调系统,该系统能实现多通道传感网络实时并行解调,解调精度高、稳定性好、解调速度快。主要内容包括:FBG传感理论模型和传感机理的分析;简单介绍了光栅的常用制作方法;研究了当今国内外常用的FBG波长解调方法及其复用网络波长解调技术;基于可调谐F-P滤波器设计了一种新颖的多通道分布式FBG传感网络波长并行解调系统,对其光路和电路硬件系统进行了具体的设计;深入研究了四种FBG波长标定方案,即基于电压信号峰值位置与波长的对应关系进行FBG波长标定、利用F-P滤波器的扫描电压与其透射峰波长的对应关系进行标定、基于矩形脉冲电压信号的中心位置与波长的对应关系进行标定和基于光纤梳状滤波器实现FBG中心波长标定等四种方案;用分段线性插值、Lagrange插值和叁次样条插值等叁种插值方法对Bragg光栅进行中心波长标定实验,其中Lagrange插值和叁次样条插值的精度很高,精度为±1pm～±3pm,且稳定性好。 当前,光纤布喇格光栅传感技术是国内外研究的热点,对光栅Bragg中心波长的解调技术已有突破性的进展。开发出波长解调精度高、稳定性好、价格便宜的多通道分布式的光纤Bragg光栅传感系统波长解调仪还有很多工作要做,这是光纤光栅传感技术实用化和产业化的关键。
马文龙[7]2016年在《基于级联光纤光栅的分布式压力检测系统的研究》文中认为随着现代电子技术的飞速发展,光纤传感器因为体积小、精度高、不受电磁干扰等优点已经广泛应用在工业、农业、基础设施建设、军事装备等领域,尤其是光纤布拉格光栅传感技术已经相当成熟,在国内外都得到了广泛的应用。现有的光纤光栅传感技术中,绝大多数传感器是利用光纤光栅轴向应变制成单个传感单元,再通过级联的方式实现准分布式多点传感测量。在实际工业生产中,对机械装备表面压力进行测量也有广泛的实际需求,然而靠轴向应力实现传感测量的光纤光栅却难以满足这一要求。利用光纤光栅的径向压力应变特性可以很好的解决多点测量的级联问题,但由于光纤光栅的径向压力敏感性较轴向压力敏感性更低,如何解决光纤光栅对径向压力的敏感性问题,成为光纤光栅传感技术领域亟待解决的问题。鉴于上述原因,本课题提出了一种乙烯-醋酸乙烯共聚物增敏方案的级联光纤光栅径向压力测量方案,开展了相关理论分析和实验研究,主要研究内容包括:首先,分析了裸光栅在温度、应力条件下的传感特性,提出了一种采用乙烯-醋酸乙烯共聚物增敏封装的光纤光栅径向压力传感方案,将光纤光栅用聚合物材料和方钢封装成半哑铃型传感单元。其次,利用有限元软件对结构体受力分布进行仿真,对封装结构进行了叁种不同尺寸的验证,最终确定了封装结构的尺寸和聚合物材料的主要成分。并对封装后的光纤光栅进行了啁啾特性分析,并标定出封装后传感单元的测量范围。然后,对光纤光栅解调方法进行理论和实验研究,结合本系统的复用特性和实际需求,确定了利用匹配法进行光纤光栅解调的基本方案。最后,基于DSP技术设计了一套5通道模拟信号采集及处理系统,实现了光纤光栅匹配解调输出信号的采集与处理,并实现了采集系统与PC机软件的实时通信,在PC机上显示各个通道光纤光栅的压力传感信息。本课题从理论和实验上对光纤光栅径向压力传感器进行了深入研究,对于拓展光纤传感器的应用领域具有较高的实用价值。
李娜[8]2012年在《光纤光栅传感技术及其在油气管道腐蚀监测的应用研究》文中研究指明传感器为人们提供了一种实时感知和监测客观世界的有效技术手段，能够满足人们对实时信息的获取需求。在工业领域，石化行业的油气传输管线因腐蚀而造成的泄露事故时有发生，现有的管线监测主要采用人工进行定期检测，因此，建立油气管线在线实时监测系统的需求日益渐长，成为了传感器技术应用的一个重要领域。针对油气行业对安全及抗电磁干扰的需求，结合光纤光栅传感技术对应力应变的高灵敏度、易于复用、封装方式的灵活等优势，本文提出利用光纤光栅传感技术对管道腐蚀进行实时在线监测。文中首先对光纤光栅传感技术的特点、优势及应用进行了阐述，并从当前国内油气管道监测需求及物联网建设的角度，提出应用光纤FBG光栅传感监测技术于油气管道的内腐蚀监测；接着从基本原理、折射率分布、温度和应变的传感原理叁个方面对光纤FBG光栅传感器进行详细介绍，且利用剥层算法实现了对反射光谱的重构，并详细地阐述了其在土木工程、能源等领域的应用；然后对光纤光栅传感监测系统中的叁个关键技术——封装技术、复用技术、解调技术进行了详细研究，并选择了适用于管道腐蚀监测的FBG光栅传感系统中相应的关键技术；最后搭建实验室试验环境，将该系统应用于监测含缺陷管道表面的微应变，与有限元分析软件的模拟结果对比，以指导实际应用中传感器的布设及分析软件的设计开发。本文完成了对课题的研究背景及意义的阐述，对所用的传感器及系统进行深入研究，设计了用于管道腐蚀监测的FBG光栅传感监测系统，并通过试验和建模分析验证了系统的可行性。
宋利娜[9]2008年在《光纤Bragg光栅温度压力传感技术研究》文中进行了进一步梳理本论文对光纤光栅传感技术,增敏技术以及温度和压力测量中的应用进行了系统研究,主要包括:光纤光栅基本理论;光纤光栅传感原理;光纤光栅增敏技术;油气井下光纤光栅高温和高压传感器的实验研究。首先简要阐述了光纤光栅传感技术的背景和国内外发展现状以及光纤光栅传感的特点;研究了光纤布拉格光栅的耦合模理论;并分析了光纤光栅温度、应变和压力传感原理。其次针对裸光纤光栅压力温度灵敏度低的特点,分析了不同的增敏技术,提出了一种基于等强度悬臂梁与C形弹簧管结合的光纤光栅压力增敏技术,在0-10MPa范围内实现了56倍的压力增敏,分析了影响灵敏度的因素,并通过实验得到验证。提出了一种基于金属管封装的FBG温度增敏技术,在0-100℃范围实现3.2倍的温度增敏。最后针对油气井下高温高压环境下,对裸栅分别作了高温高压实验,从理论上研究了高温下光纤光栅的非线性现象。针对光纤光栅温度应变交叉敏感问题提出适用于井下高温高压环境的基于弹性圆筒双光纤光栅,压力温度同时测量的可行方案,并对该传感器进行了实验和结果分析,结果表明其有效性和实用性。
樊伟[10]2008年在《光纤光栅传感技术的研究》文中研究说明油气井下的压力温度信息是进行地层油气含量分析的重要依据。然而,电子类传感手段都容易受电磁干扰、测量精度不高、实时性差,因高温高压环境而只能短期测试。光纤光栅传感器能够对井下压力温度进行永久的实时在线分布式检测,成为解决上述难题的突破点。本文对光纤光栅传感器的基本理论以及技术进行了系统的研究,主要包括光纤光栅传感机理、温度以及压力响应增敏技术,封装聚合物材料的热学和力学特性、聚合物封装光纤光栅传感原理以及封装固化工艺,针对油气井下等高温高压测量环境,提出采用聚合物封装光纤光栅实现测量的方案,实现对较高温度以及压力的区分测量,围绕以上各方面进行了大量实验,并对实验结果进行了详细深入的分析。最后针对高温高压油气井的要求,设计了基于弹性圆形简封装的FBG温度和压力传感器。对传感器温度27—196℃、压力0—44MPa范围进行了实验研究,得到温度传感器的响应灵敏度为0.0112nm/℃,压力传感器的响应灵敏度为0.0302nm/MPa,精度为±1℃和±0.1MPa。
参考文献：
[1]. 分布式光纤Bragg光栅传感解调系统的研究[D]. 姚夕林. 安徽理工大学. 2014
[2]. 分布式光纤光栅温度监测数据处理系统研究[D]. 周宁. 燕山大学. 2015
[3]. 分布式光纤Bragg光栅传感系统的研究[D]. 张闯. 燕山大学. 2004
[4]. 分布式光纤Bragg光栅传感器解调技术的研究[D]. 李宏. 大连理工大学. 2009
[5]. 基于可调谐F-P滤波器的光纤光栅传感解调系统研究[D]. 徐常明. 电子科技大学. 2013
[6]. 多通道分布式光纤Bragg光栅传感网络波长解调技术的研究[D]. 柏俊杰. 武汉理工大学. 2006
[7]. 基于级联光纤光栅的分布式压力检测系统的研究[D]. 马文龙. 燕山大学. 2016
[8]. 光纤光栅传感技术及其在油气管道腐蚀监测的应用研究[D]. 李娜. 湖南工业大学. 2012
[9]. 光纤Bragg光栅温度压力传感技术研究[D]. 宋利娜. 西北大学. 2008
[10]. 光纤光栅传感技术的研究[D]. 樊伟. 西北大学. 2008
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