本文關(guān)鍵詞：基于光纖光柵傳感技術(shù)的靜冰壓力傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：冬季結(jié)冰現(xiàn)象普遍存在于我國北方及許多高緯度國家與地區(qū)。進(jìn)入冬季后,隨著氣溫降低,河道、湖泊、水庫等冰層逐漸生成,當(dāng)冰層達(dá)到一定厚度后,在氣溫升高的時(shí)期,冰層會(huì)產(chǎn)生巨大的膨脹力,給水工建筑與設(shè)備帶來壓力(即本文所說的靜冰壓力)。這種壓力對水工建筑與設(shè)備的安全運(yùn)行帶來極大的威脅,甚至災(zāi)害。因此,實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地檢測并獲取靜冰壓力的數(shù)值是水工建筑與設(shè)備設(shè)計(jì),冰壓災(zāi)害預(yù)報(bào)必須考慮的一個(gè)重要指標(biāo),是冰工程領(lǐng)域急需的一項(xiàng)技術(shù)。靜冰壓力檢測是一個(gè)涉及熱學(xué)、工程力學(xué)、氣象學(xué)等多學(xué)科交叉的技術(shù)問題,研究雖有難度,但具有十分重要的理論與工程應(yīng)用價(jià)值。近年來,光纖光柵的制作工藝和解調(diào)儀器逐漸商業(yè)化,光纖光柵越來越多地應(yīng)用到傳感領(lǐng)域。目前,現(xiàn)有的壓力傳感器大多是基于電阻或電感測量原理,以電信號的形式傳遞給相應(yīng)的檢測儀器進(jìn)行采集,保存。光纖光柵本身具有耐腐蝕,抗寒,防潮,抗電磁干擾,可進(jìn)行復(fù)用等優(yōu)點(diǎn)。相對傳統(tǒng)的電類傳感器而言,在進(jìn)行壓力傳感時(shí),光纖光柵可適用于各種惡劣的現(xiàn)場檢測環(huán)境,同時(shí)檢測精度高,可靠性好,非常適合對靜冰壓力進(jìn)行檢測。綜合以往靜冰壓力檢測的相關(guān)知識(shí),運(yùn)用新型的光纖光柵傳感元件,本文設(shè)計(jì)了基于光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng),對實(shí)驗(yàn)室條件下的靜冰壓力進(jìn)行了檢測試驗(yàn)研究。論文主要研究內(nèi)容包括:(1)通過閱讀大量文獻(xiàn),系統(tǒng)地闡釋了靜冰壓力的研究背景和產(chǎn)生原理。搜集了國內(nèi)外的靜冰壓力檢測的相關(guān)資料,總結(jié)了現(xiàn)有的靜冰壓力檢測方法,并對研究成果進(jìn)行了客觀的分析。在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上,結(jié)合近十幾年快速發(fā)展的光纖光柵相關(guān)技術(shù),提出了一種實(shí)現(xiàn)靜冰壓力檢測的新思路;(2)從理論上介紹了非線性克爾效應(yīng)混沌產(chǎn)生原理,并搭建了混沌光源產(chǎn)生系統(tǒng)。通過環(huán)形腔內(nèi)激光器激勵(lì)電流的調(diào)節(jié)和偏振器偏振態(tài)的調(diào)節(jié),形成了混沌激光,為解調(diào)系統(tǒng)提供了光源;(3)利用壓電陶瓷的磁致伸縮效應(yīng),將光纖光柵固定在壓電陶瓷上,通過腔長的改變來控制透射光的中心波長,實(shí)現(xiàn)了對系統(tǒng)光源的可調(diào)諧濾波。通過驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對壓電陶瓷的驅(qū)動(dòng);(4)通過對不同溫度傳感元件的比較,最終選用高精度熱敏電阻作為溫度傳感器。利用高性能數(shù)字溫度測量芯片LTC2983組成實(shí)時(shí)高精度溫度測量系統(tǒng)。通過對系統(tǒng)實(shí)時(shí)溫度的測量,進(jìn)而對整個(gè)靜冰壓力檢測系統(tǒng)進(jìn)行溫度補(bǔ)償;(5)利用設(shè)計(jì)的光纖布拉格光柵靜冰壓力傳感系統(tǒng)對實(shí)驗(yàn)室條件下的靜冰壓力進(jìn)行了檢測。通過對光纖布拉格光柵中心波長的解調(diào),獲得被測靜冰壓力的理論值。試驗(yàn)中通過溫度補(bǔ)償,剔除了溫度變化對靜冰壓力檢測精度的影響。本文的研究為靜冰壓力的現(xiàn)場實(shí)時(shí)檢測提供了一種全新的途徑。
【關(guān)鍵詞】：靜冰壓力 光纖布拉格光柵 溫度補(bǔ)償 混沌光源 解調(diào)
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP212
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 課題研究的目的與意義10-12
• 1.2 靜冰壓力檢測技術(shù)研究的國內(nèi)外現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 國外靜冰壓力研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 國內(nèi)靜冰壓力研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 布拉格光纖光柵壓力傳感技術(shù)研究現(xiàn)狀14-18
• 1.3.1 光纖光柵傳感器概述14-15
• 1.3.2 光纖光柵傳感器的應(yīng)用15-17
• 1.3.3 光纖光柵壓力傳感技術(shù)研究現(xiàn)狀17-18
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容18-20
• 第二章 光纖布拉格光柵傳感原理20-32
• 2.1 光纖光柵的分類20-22
• 2.1.1 均勻光纖光柵20-21
• 2.1.2 非均勻光纖光柵21-22
• 2.2 光纖光柵理論22-26
• 2.2.1 光纖光柵理論概述22-23
• 2.2.2 光纖布拉格光柵耦合模理論23-26
• 2.3 光纖布拉格光柵的基本結(jié)構(gòu)與傳感原理26-32
• 2.3.1 溫度傳感原理26-27
• 2.3.2 應(yīng)變傳感原理27-28
• 2.3.3 交叉解敏28-32
• 第三章 靜冰壓力傳感系統(tǒng)的光源和解調(diào)系統(tǒng)的研究32-40
• 3.1 非線性克爾效應(yīng)混沌光源產(chǎn)生模型32-34
• 3.2 光纖光柵傳感常用解調(diào)技術(shù)34-37
• 3.2.1 光譜儀解調(diào)法34
• 3.2.2 匹配Bragg光柵濾波法34-35
• 3.2.3 可調(diào)諧Fabry-Perot(F-P)濾波法35-36
• 3.2.4 可調(diào)諧光源掃描法36-37
• 3.3 混沌互相關(guān)定點(diǎn)解調(diào)系統(tǒng)37-40
• 第四章 布拉格光纖光柵靜冰壓力傳感系統(tǒng)及其功能模塊的實(shí)現(xiàn)40-58
• 4.1 布拉格光纖光柵靜冰壓力檢測系統(tǒng)的整體硬件構(gòu)成40-41
• 4.2 系統(tǒng)混沌光源41-42
• 4.3 可調(diào)諧濾波器42-47
• 4.3.1 壓電陶瓷位移原理43
• 4.3.2 高壓運(yùn)放式壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源的組成43-44
• 4.3.3 高壓運(yùn)算放大電路參數(shù)設(shè)置及分析44-47
• 4.4 高精度實(shí)時(shí)溫度檢測47-54
• 4.4.1 溫度檢測元件熱敏電阻48-49
• 4.4.2 高性能數(shù)字溫度測量電路芯片LTC298349-51
• 4.4.3 溫度檢測系統(tǒng)51-54
• 4.5 光纖布拉格光柵的封裝和增敏54-58
• 4.5.1 封裝技術(shù)55-56
• 4.5.2 封裝材料56-58
• 第五章 靜冰壓力傳感系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析58-64
• 5.1 實(shí)驗(yàn)室靜冰壓力傳感實(shí)驗(yàn)58-60
• 5.2 溫度補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)60-64
• 第六章 總結(jié)與展望64-66
• 6.1 總結(jié)64-65
• 6.2 存在的不足及今后研究工作的展望65-66
• 參考文獻(xiàn)66-70
• 致謝70-72
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及獲獎(jiǎng)情況72

【相似文獻(xiàn)】

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 王川;紅旗泡水庫冰層變形觀測及靜冰壓力計(jì)算[D];大連理工大學(xué);2010年

2 何濤;凍融冰水界面靜冰壓力作用下鋼筋混凝土橋墩破壞的分析[D];內(nèi)蒙古大學(xué);2015年

3 葉秋紅;基于光纖光柵傳感技術(shù)的靜冰壓力傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)[D];太原理工大學(xué);2016年

4 高泰;水庫冰蓋極值靜冰壓力研究[D];大連理工大學(xué);2010年

5 龍欣;應(yīng)用于靜冰壓力檢測的新型反射式強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器系統(tǒng)研制[D];太原理工大學(xué);2014年

6 王維;扶余金太子釣魚樓結(jié)構(gòu)凍害機(jī)理分析及加固[D];長春工程學(xué)院;2015年

7 周洋;基于光纖光柵分布式傳感網(wǎng)絡(luò)的靜冰壓力在線監(jiān)測系統(tǒng)研究[D];太原理工大學(xué);2014年

8 潘桃桃;基于反射式光強(qiáng)調(diào)制型光纖壓力傳感器（RIM-FOPS）的靜冰壓力檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[D];太原理工大學(xué);2015年

  本文關(guān)鍵詞：基于光纖光柵傳感技術(shù)的靜冰壓力傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：357555