当前位置:主页 > 管理论文 > 工程管理论文 >

光纤光栅水听器的研究

发布时间:2018-03-03 23:25

  本文选题:光纤光栅 切入点:水听器探头 出处:《东北大学》2014年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:声波是海洋远距离传输的有效载体,光纤水听器是一种把水下声信号转换成光信号的换能器,是水声学中最重要的测量仪器,现已经在海洋石油、海洋渔业、天然气勘探、医学测量等方面得到的广泛的研究和应用。为了解决传统压电结构水听器抗电磁干扰差等问题,论文以光纤光栅为传感元件设计了基于等强度悬臂梁结构的光纤光栅水听器,并对其特性进行了分析和测试,主要研究内容如下:(1)从光纤光栅加速度传感理论出发,采用等强度悬臂梁设计了一种新型的光纤光栅水听器探头结构,并且针对其交叉敏感特性提出了双光栅差动结构的温度补偿设计。通过仿真实验确定探头的尺寸。(2)通过ANSYS对结构进行有限元分析。分析结果表明:该结构沿x、y、z轴三个方向的灵敏度分别为13.55pm/g、0.0296pm/g和0.00037pm/g,横向灵敏度均达不到敏感灵敏度的1%,具有良好的横向抗干扰能力;在敏感方向上一阶模态起到主要作用,并且受其他模态影响很小,可以避免交叉耦合现象。(3)对所设计的FBG水听器探头结构进行封装,并对其性能进行测试。静力实验表明所设计的水听器探头的压力灵敏度为1.1547nm/N,光纤光栅中心波长与应力之间存在良好的线性关系,并未出现啁啾现象;振动测试表明该结构具有较高的振动灵敏度;温度补偿实验验证了探头的温度补偿特性。(4)通过光纤光栅F-P振动解调系统,将振动信号转换为电压信号,将测量得到的电压信号转换为加速度信号,该方法的扫描速度是传统光谱仪解调法的300倍。解调得到FBG水听器的加速度灵敏度为11.9pm/g。本文所设计的水听器加速度灵敏度为11.9pm/g,并且具有良好的横向抗干扰能力;固有频率为50.98Hz,具有较好的低频测量特性;双光栅差动结构的设计能够有效避免温度变化对测量结果的影响。综上,本文所设计的光纤光栅水听器可以满足水下声压信号的测量需求。
[Abstract]:Acoustic wave is an effective carrier of ocean long-distance transmission, fiber optic hydrophone is a kind of transducer to convert underwater acoustic signal into optical signal, it is the most important measuring instrument in underwater acoustics, which has been used in offshore oil, offshore fishery and natural gas exploration. In order to solve the problem of electromagnetic interference difference of traditional piezoelectric hydrophone, a fiber Bragg grating hydrophone based on equal strength cantilever beam structure is designed based on fiber grating as sensing element. The main research contents are as follows: (1) based on the acceleration sensing theory of fiber Bragg grating, a new type of fiber grating hydrophone probe structure is designed by using an equal-strength cantilever beam. The temperature compensation design of double grating differential structure is put forward according to its cross sensitivity. The size of probe is determined by simulation experiment. The finite element analysis of the structure is carried out by ANSYS. The results show that the structure is along the xyyong z axis. The sensitivity of the three directions is 13.55 pm / g 0.0296 pm / g and 0.00037 pm / g respectively. The first mode plays a major role in the sensitive direction, and is little affected by other modes, which can avoid the cross coupling phenomenon. It can encapsulate the designed FBG hydrophone probe structure. The static experiment shows that the pressure sensitivity of the hydrophone probe is 1.1547 nm / N, and there is a good linear relationship between the center wavelength and the stress of the fiber grating. The vibration test shows that the structure has high vibration sensitivity, and the temperature compensation experiment verifies the temperature compensation characteristic of the probe. 4) the vibration signal is converted into the voltage signal through the fiber Bragg grating F-P vibration demodulation system. The measured voltage signal is converted into an acceleration signal, The scanning speed of this method is 300 times that of the traditional spectrometer demodulation method. The acceleration sensitivity of the FBG hydrophone is 11.9pm / g. The acceleration sensitivity of the hydrophone designed in this paper is 11.9pm / g and has good transverse anti-jamming ability. The natural frequency is 50.98 Hz, which has good low frequency measurement characteristics. The design of double grating differential structure can effectively avoid the influence of temperature change on the measurement results. The fiber Bragg grating hydrophone designed in this paper can meet the need of underwater acoustic pressure signal measurement.
【学位授予单位】:东北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TB565.1

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 辛雨,余重秀,吴强,忻向军,胡乐辉,姚德启;光纤光栅的几种调谐方法[J];光通信研究;2002年05期

2 夏光琼,吴正茂,陈建国;考虑光纤光栅反射率分布的外腔半导体激光器的理论模型[J];中国激光;2002年04期

3 黄永清,宋继恩,李建新,夏月辉,陈雪,任晓敏;利用均匀光纤光栅模拟长距离光纤的理论和实验研究[J];光电子·激光;2003年03期

4 黄权;秦子雄;曾庆科;周春新;罗玖田;王志高;;光纤光栅制作技术的最新进展[J];光通信技术;2006年06期

5 刘洋;王小兵;孙斌;张玺;程勇;王立军;;光纤光栅制作技术研究[J];激光与红外;2007年04期

6 肖永良;;光纤光栅的制作方法[J];科技信息(学术研究);2007年03期

7 张洪宪;;光纤光栅传感器技术及其应用[J];重庆科技学院学报(自然科学版);2007年03期

8 史双瑾;邱琪;邱志成;廖云;熊彩东;;基于光纤光栅的实时延时技术[J];半导体光电;2009年05期

9 李燕;陈建军;;啁啾型光纤光栅原理及制作技术[J];软件导刊;2010年10期

10 ;香港理工大学研发光纤光栅监测技术试用于全国高铁[J];硅谷;2011年15期

相关会议论文 前10条

1 陈熙源;;光纤光栅在测量技术的应用[A];加入WTO和中国科技与可持续发展——挑战与机遇、责任和对策(下册)[C];2002年

2 史巍巍;胡婷婷;;光纤光栅探测超声波的研究现状浅析[A];2011年机械电子学学术会议论文集[C];2011年

3 黄锐;蔡海文;方祖捷;陈高庭;;调节光纤光栅参数的一种新方法[A];全国第十次光纤通信暨第十一届集成光学学术会议(OFCIO’2001)论文集[C];2001年

4 周文;陈抗生;章献民;叶险峰;;光纤光栅的研究与发展[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展(下册)[C];1999年

5 章献民;陈抗生;;光纤光栅在微波毫米波光子学中的应用[A];2001年全国微波毫米波会议论文集[C];2001年

6 文庆珍;黄俊斌;赵培仲;;封装聚合物对光纤光栅压力传感增敏的影响[A];2004年全国高分子材料科学与工程研讨会论文集[C];2004年

7 刘全;吴建宏;陈刚;方玲玲;;用于制作光纤光栅相位掩模的衍射特性分析[A];全国第十二次光纤通信暨第十三届集成光学学术会议论文集[C];2005年

8 郑伟;卓仲畅;苏雪梅;于永森;张玉书;;利用取样光纤光栅实现应变和温度同时测量[A];全国第十二次光纤通信暨第十三届集成光学学术会议论文集[C];2005年

9 孙伟民;赵磊;姜富强;相艳荣;刘志海;;荧光光纤光栅的制作与测试研究[A];江苏、山东、河南、江西、黑龙江五省光学(激光)联合学术'05年会论文集[C];2005年

10 姜富强;赵磊;孙伟民;朱玉华;李金娟;;载氢光纤光栅退火特性研究[A];江苏、山东、河南、江西、黑龙江五省光学(激光)联合学术'05年会论文集[C];2005年

相关重要报纸文章 前3条

1 杨凤鸣;神奇的光纤光栅[N];中国电力报;2004年

2 特约记者 金红;三项地灾监测仪获国家专利[N];中国国土资源报;2011年

3 卢庆儒;高速光纤传输应用中元件技术趋势(4)[N];电子资讯时报;2007年

相关博士学位论文 前10条

1 张业斌;基于光学加热的新型光纤光栅折射率传感器的研究[D];浙江大学;2015年

2 姜暖;用于光纤光栅传感网络的光纤光栅阵列和新型光栅器件研究[D];国防科学技术大学;2013年

3 张金涛;光纤光栅传感器复用关键技术的研究与应用[D];合肥工业大学;2015年

4 陈哲敏;光纤光栅动态应力和折射率传感研究[D];浙江大学;2008年

5 孙伟民;基于荧光光纤光栅的应变与温度同时测试技术[D];哈尔滨工程大学;2005年

6 王国东;啁啾光纤光栅的优化设计与光纤光栅模拟软件的开发[D];吉林大学;2006年

7 姜莉;光纤光栅写入及其应用研究[D];南开大学;2005年

8 杨亦飞;工程化光纤光栅传感系统的设计与应用研究[D];南开大学;2005年

9 倪娟;光纤光栅在微波光子学中的应用[D];浙江大学;2011年

10 张桂花;表面黏贴式光纤光栅传感原理及其实验研究[D];西安科技大学;2013年

相关硕士学位论文 前10条

1 刘慧莹;基于光纤光栅和MZ干涉仪的全光纤传感器研究[D];天津理工大学;2015年

2 蔺际超;基于磁流体包覆复合光纤光栅的磁场传感器研究[D];天津理工大学;2015年

3 王静怡;薄包层光纤光栅理论及色散特性研究[D];天津理工大学;2015年

4 彭李;基于光纤光栅应变桩的边坡结构监测与稳定性灰色模型研究[D];昆明理工大学;2015年

5 周丰洲;相位取样型光纤光栅多信道幅频与相频滤波性能研究[D];西南交通大学;2014年

6 孙高盼;基于光纤光栅的钢轨温度力监测技术研究[D];西南交通大学;2015年

7 姜红;光纤光栅测试技术在边坡工程中的应用[D];西南交通大学;2015年

8 陈韩彬;基于CDMA技术的光纤光栅传感系统研究[D];西南交通大学;2015年

9 米秋实;光纤光栅传感技术在轨道状态监测中的研究[D];西南交通大学;2015年

10 王露;基于光纤光栅Sagnac环微波光子滤波器的研究[D];上海师范大学;2015年



本文编号:1563169

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/guanlilunwen/gongchengguanli/1563169.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户9b0d4***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com