本文關(guān)鍵詞：光纖振動(dòng)傳感理論與實(shí)驗(yàn)研究　出處：《華北電力大學(xué)(北京)》2017年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：振動(dòng)檢測(cè)已廣泛應(yīng)用于電氣設(shè)備、大型工程結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)實(shí)施等的狀態(tài)監(jiān)測(cè)中,可實(shí)現(xiàn)對(duì)被監(jiān)測(cè)對(duì)象的健康狀態(tài)評(píng)估、故障預(yù)警與診斷等功能,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。與傳統(tǒng)的振動(dòng)傳感器相比,光纖振動(dòng)傳感器具有抗電磁干擾、電絕緣、耐腐蝕、易復(fù)用、易組網(wǎng)等特點(diǎn),更適合在電力系統(tǒng)及其它環(huán)境惡劣的場(chǎng)合應(yīng)用�，F(xiàn)有光纖振動(dòng)傳感器存在帶寬窄、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問(wèn)題,所以,探索新的不同類(lèi)型、不同結(jié)構(gòu)的光纖振動(dòng)傳感器非常必要。論文針對(duì)光纖振動(dòng)傳感器存在的不足,分別提出并研制了新型波長(zhǎng)調(diào)制型和強(qiáng)度調(diào)制型光纖振動(dòng)傳感器。為了減小溫度對(duì)強(qiáng)度調(diào)制型傳感器的影響,論文設(shè)計(jì)并搭建了FBG波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng),并對(duì)傳感器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。論文首先對(duì)FBG傳感特性及振動(dòng)傳感原理進(jìn)行了分析,在此基礎(chǔ)上,采用光波和機(jī)械波耦合的原理提出并研制了鋁圓柱封裝的新型FBG振動(dòng)傳感器,搭建了基于匹配光柵法的FBG波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng),測(cè)試了傳感器的性能,并通過(guò)對(duì)匹配FBG進(jìn)行合理封裝,減小了溫度對(duì)傳感器的影響;然后,論文分析了光纖中光的模式和現(xiàn)有強(qiáng)度調(diào)制型光纖振動(dòng)傳感器的原理,提出并研制了懸臂梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度調(diào)制型光纖振動(dòng)傳感器,分析并實(shí)驗(yàn)測(cè)試了懸臂梁的長(zhǎng)度、寬度和厚度及光纖在懸臂梁下的位置對(duì)傳感器性能的影響,實(shí)驗(yàn)測(cè)試了傳感器的穩(wěn)定性、線性特性和溫度特性。論文提出的兩種類(lèi)型的傳感器采用了新的封裝結(jié)構(gòu),具有帶寬大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn),但存在溫度穩(wěn)定性的問(wèn)題。針對(duì)所設(shè)計(jì)的強(qiáng)度調(diào)制型振動(dòng)傳感器的溫度穩(wěn)定性問(wèn)題,論文提出了采用FBG測(cè)量環(huán)境溫度對(duì)振動(dòng)進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ā榱私庹{(diào)FBG的中心波長(zhǎng),論文設(shè)計(jì)并搭建了帶有F-P標(biāo)準(zhǔn)具校準(zhǔn)功能的FBG波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng),F-P標(biāo)準(zhǔn)具的應(yīng)用,提高了FBG波長(zhǎng)解調(diào)的精度;論文對(duì)設(shè)計(jì)的強(qiáng)度調(diào)制型光纖振動(dòng)傳感器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn),與FBG波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)相結(jié)合,設(shè)計(jì)并搭建了強(qiáng)度和波長(zhǎng)同時(shí)解調(diào)的傳感系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了振動(dòng)和溫度的同時(shí)測(cè)量及溫度對(duì)振動(dòng)測(cè)量的補(bǔ)償。實(shí)驗(yàn)測(cè)試了振動(dòng)和溫度同時(shí)測(cè)量的相互影響、溫度補(bǔ)償?shù)男Ч罢駝?dòng)測(cè)量的靈敏度。通過(guò)對(duì)傳感器進(jìn)行改進(jìn),使振動(dòng)測(cè)量的溫度穩(wěn)定性和靈敏度得到了明顯提高。
[Abstract]:Vibration detection has been widely used in the condition monitoring of electrical equipment, large engineering structure and foundation. It can realize the function of health state evaluation, fault warning and diagnosis of the monitored object. Compared with the traditional vibration sensors, optical fiber vibration sensors have the characteristics of anti-electromagnetic interference, electrical insulation, corrosion resistance, easy reuse, easy networking and so on. It is more suitable for applications in power systems and other harsh environment. The existing optical fiber vibration sensors have the problems of narrow width and complex structure, so we explore new types of vibration sensors. The fiber optic vibration sensor with different structure is very necessary. In order to reduce the influence of temperature on the intensity modulation sensor, the FBG wavelength demodulation system is designed and built. The structure of the sensor is improved. Firstly, the characteristics of FBG sensor and the principle of vibration sensing are analyzed. A novel FBG vibration sensor encapsulated by aluminum cylinder is proposed and developed by using the principle of optical and mechanical wave coupling. A FBG wavelength demodulation system based on matching grating method is built and the performance of the sensor is tested. The effect of temperature on the sensor is reduced by the reasonable encapsulation of matching FBG. Then, the paper analyzes the mode of light in the optical fiber and the principle of the existing intensity modulated optical fiber vibration sensor, and proposes and develops the intensity modulated optical fiber vibration sensor with cantilever structure. The effects of the length, width and thickness of the cantilever beam and the position of the optical fiber under the cantilever beam on the performance of the sensor are analyzed and experimentally tested. The stability of the sensor is tested. Linear and temperature characteristics. The two types of sensors proposed in this paper adopt a new packaging structure, which has the characteristics of large bandwidth and simple structure. However, there exists the problem of temperature stability, aiming at the temperature stability of the intensity modulated vibration sensor. In order to demodulate the central wavelength of FBG, this paper presents a method of temperature compensation by using FBG to measure ambient temperature. The paper designs and builds the FBG wavelength demodulation system with F-P standard calibration function and the application of F-P standard device, which improves the precision of FBG wavelength demodulation. In this paper, the structure of the intensity modulated fiber optic vibration sensor is improved, combined with the FBG wavelength demodulation system, and the sensing system of intensity and wavelength demodulation is designed and built. The simultaneous measurement of vibration and temperature and the compensation of temperature to vibration measurement are realized. The effect of temperature compensation and the sensitivity of vibration measurement are improved, and the temperature stability and sensitivity of vibration measurement are obviously improved by improving the sensor.
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TP212

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本文編號(hào)：1396083