發(fā)布時間：2017-08-18 03:14

  本文關鍵詞：面向海洋應用的光纖光柵溫度測量系統(tǒng)關鍵技術研究

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【摘要】：海水溫度是海洋環(huán)境的重要參數(shù),對其分布與變化的描述和分析在海洋監(jiān)測和科學研究中都有著舉足輕重的地位。光纖光柵(Fiber Bragg Grating,FBG)傳感器天然的抗電磁干擾、遠距離傳輸、易大量復用、靈敏度高等特點使其在海洋探測中的應用逐漸引起人們的關注。本文以實現(xiàn)海洋高靈敏度、高精度、快速測溫為目標,對相關理論和實現(xiàn)方法開展了一系列的深入研究。主要研究工作如下:第一,針對傳統(tǒng)海洋測溫傳感器響應速度慢、線性度差等問題,研制一種適用于海洋溫度測量的基于金屬管和彈簧結(jié)構(gòu)的FBG溫度傳感器,其具有線性度好、靈敏度高、精度高、響應速度快的特點。第二,針對現(xiàn)有光纖光柵測量系統(tǒng)解調(diào)速度慢、價格高、精度較低的問題,基于海洋測溫需求提出一種體積小、成本低、響應速度快、精度高的基于FBGA(Fiber Bragg Grating Analyzer)的光纖光柵溫度測量方法。該方法采用F-P熱穩(wěn)定標準具為參考光柵的波長校準算法,解決了FBGA自身波長穩(wěn)定性和準確度差的問題,提高了系統(tǒng)的測試精度和穩(wěn)定性。第三,針對FBG溫度傳感器的應用需求和設計目標,基于海洋工作環(huán)境通過實驗研究對傳感器進行設計優(yōu)化。結(jié)果表明,研制的傳感器完全避免了溫度-應變的交叉影響,溫度靈敏度為27pm/℃,響應時間可達58.5ms。第四,研制一種面向海洋應用的光纖光柵溫度測量系統(tǒng),并進行了溫度測量系統(tǒng)的綜合性能測試與分析,結(jié)果表明該測量系統(tǒng)具有較好的線性度、重復性和穩(wěn)定性,能夠滿足±0.1℃測溫精度和快速響應的要求。
【關鍵詞】：海洋 光纖光柵 溫度傳感器 溫度監(jiān)測 FBGA
【學位授予單位】：河南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P716
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-18
• 1.1 課題綜述10-12
• 1.1.1 課題來源10
• 1.1.2 課題的提出10-11
• 1.1.3 課題目的和意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 傳統(tǒng)海洋測溫技術發(fā)展現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 光纖光柵在海洋測溫中的研究進展13-15
• 1.3 本文的主要研究工作和內(nèi)容15-18
• 2 光纖光柵傳感理論與解調(diào)技術18-28
• 2.1 光纖光柵傳感原理18-21
• 2.1.1 溫度傳感原理19-20
• 2.1.2 應力傳感原理20-21
• 2.1.3 溫度-應力交叉敏感問題21
• 2.2 光纖光柵復用技術21-23
• 2.2.1 波分復用21-22
• 2.2.2 時分復用22-23
• 2.2.3 空分復用23
• 2.3 光纖光柵解調(diào)技術23-26
• 2.3.1 濾波法23-25
• 2.3.2 干涉法25-26
• 2.4 本章小結(jié)26-28
• 3 光纖光柵溫度傳感器研制28-50
• 3.1 海洋溫度傳感器測量需求28-29
• 3.2 典型FBG溫度傳感器的封裝結(jié)構(gòu)29-33
• 3.2.1 聚合物封裝29-30
• 3.2.2 片式封裝30-31
• 3.2.3 管式封裝31-33
• 3.3 傳感器研制33-45
• 3.3.1 材料選擇34-38
• 3.3.2 結(jié)構(gòu)設計38-39
• 3.3.3 封裝工藝39-41
• 3.3.4 鎧裝工藝41-42
• 3.3.5 靈敏度計算42-43
• 3.3.6 響應時間分析與計算43-45
• 3.4 傳感器穩(wěn)定性分析45-48
• 3.5 本章小結(jié)48-50
• 4 光纖光柵溫度測量系統(tǒng)研究50-64
• 4.1 光纖光柵測溫系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)50
• 4.2 光纖光柵溫度傳感器50-51
• 4.3 高精度解調(diào)儀系統(tǒng)51-58
• 4.3.1 FBGA模塊及其解調(diào)原理51-55
• 4.3.2 寬帶光源55-56
• 4.3.3 單模光纖56
• 4.3.4 光纖耦合器56-57
• 4.3.5 隔離器57-58
• 4.3.6 光開關58
• 4.4 實時動態(tài)校正測量系統(tǒng)58-63
• 4.4.1 基于F-P濾波器的串聯(lián)實時動態(tài)校正系統(tǒng)58-60
• 4.4.2 基于F-P濾波器的并聯(lián)實時動態(tài)校正系統(tǒng)60-61
• 4.4.3 基于FBGA的實時動態(tài)校正系統(tǒng)61-63
• 4.5 本章小結(jié)63-64
• 5 光纖光柵溫度測量系統(tǒng)性能測試與分析64-78
• 5.1 溫度靈敏度測試64-66
• 5.2 響應時間測試66-70
• 5.2.1 響應時間模擬仿真66-68
• 5.2.2 響應時間測試實驗68-70
• 5.3 壓力敏感性測試70-74
• 5.4 溫度特性測試74-75
• 5.5 系統(tǒng)重復性測試75-76
• 5.6 MOI解調(diào)實驗結(jié)果對比分析76-77
• 5.7 本章小結(jié)77-78
• 6 總結(jié)與展望78-80
• 6.1 全文工作總結(jié)78
• 6.2 研究展望78-80
• 參考文獻80-86
• 作者簡歷86-88
• 學位論文數(shù)據(jù)集88

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本文編號：692409