用于振动监测的高精度光纤传感系统
发布时间：2022-01-27 09:35
大型基础设施如桥梁、大坝等给我们生活带来诸多利益,然而由于高速发展带来的环境污染,材料以及长期服役等因素,部分结构存在一定的安全隐患,这就需要采取一些措施对其结构的健康状况进行精确评估,防患于未然。其中对来自结构服役过程中产生的振动信号的监测是分析许多与结构损伤相关研究的重要工具之一。描述振动信号的三个主要参数为幅度、频率和相位,其中对振动信号的频率进行分析是结构健康监测中常用的方法之一。目前基于电磁、压电类的振动监测传感器已经比较成熟,然而普遍的缺点是结构复杂、抗干扰能力低以及造价昂贵等。于是能克服这些缺点的光纤开始受到传感领域的重视,并且具有测量精度高、抗电磁干扰能力强以及可在线远距离监测等优点。目前针对振动分析主要采用光纤Bragg光栅（Fiber Bragg Grating,FBG）传感器,FBG传感器属于波长编码类,直接的波长解调成本高,并且解调系统复杂不易于集成。针对这类传感器,开发出低成本、易于集成的全光纤探测系统仍是国内外研究的热点。基于以上背景,设计了两类全光纤探测系统,旨在将振动环境中光纤Bragg光栅的波长偏移量转换为强度变化,使探测系统具备高精度、快速,低成本的...
【文章来源】：重庆理工大学重庆市
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于稀土掺杂光纤的二波混频典型解调结构原理图；(a)Sagnac干涉仪；(b)线性双波混频
图 2.2 制作的压电振动镜设计及光学平台搭建光学平台上完成，实验第一步是制作重要的压电 3 mm 正方体压电陶瓷与一块边长为 1.5 cm 的镀在金镜中心位置，完成后放置 24 小时等待完全固继续用光学胶固定在一个可调节的移动台上，完成完成并固定在光学平台上的压电振动镜，如图 2.波混频（TWM）的动态光栅成功写入并能快速精，如图 2.3 所示。系统基本光路为激光光源发出的环形器端口 2 出射后进入与之连接的 EDF，为了上光纤准直镜，使得光斑更加集中。准直后的激光与准直镜二者之间距离，经过多次实验我们固定 3 连接到一个固定在光学平台上的光电探测器，后输入到示波器，最后我们通过示波器观测信号
稀土离子跃迁示意图；(c) 光栅间距为 Λ、对比度 m=0.6 的注入光相干场曲线 I(z)和光栅写入时光的吸收系数 (z)/0归一化剖面图2.3 线性双波混频结构用于激光振动检测基于前面推导的动态光栅写入理论模型依据，我们设计并搭建了基于二波混频结构的全光纤振动检测系统，来验证动态光栅写入机制检测振动信号的可靠性以及优势。2.3.1 实验元件及仪器实验中使用工作波长为 1490 nm 的半导体分布式反馈（DFB）连续激光器作为光源，其最大输出功率为 10 dBm。使用的 3m 长掺铒光纤（EDFC-980-HP），EDF 在 1530nm 处吸收系数为 6 dB/m，饱和功率为 0.18 mW，光纤准直器以及我们设计的压电振动镜，光纤环形器和光电探测器等器件
【参考文献】：
期刊论文
[1]低气压CO2环境下基于光纤法珀振动传感器的超声声速测试与分析[J]. 张景川,杨晓宁,王晶,崔寒茵,李超. 振动与冲击. 2018(08)
[2]基于掺铒光纤中动态粒子数光栅的振动检测[J]. 陈溶,陶传义. 光学学报. 2018(09)
[3]分布式光纤传感技术在盾构区间隧道监测中的应用[J]. 王宏伟,张勇,杨洋,吴江. 公路. 2018(03)
[4]分布式光纤监测技术在土木结构健康监测中的应用[J]. 李旭辉,黄奕辉. 科技视界. 2018(06)
[5]铜沉积二硫化钨膜包覆薄芯光纤气体传感器的设计与应用[J]. 邓大申,秦祥,黄国家,冯文林. 光学学报. 2017(11)
[6]基于飞秒激光加工的微纳高温光纤振动传感器[J]. 张柳超,江毅,王素梅,刘达. 光学技术. 2017(04)
[7]Detection of water surface capillary wave by analysis of turning-point local signal data using a laser interferometer[J]. 张烈山,张晓琳,唐文彦. Chinese Optics Letters. 2017(07)
[8]分立式与分布式光纤传感关键技术研究进展[J]. 刘铁根,于哲,江俊峰,刘琨,张学智,丁振扬,王双,胡浩丰,韩群,张红霞,李志宏. 物理学报. 2017(07)
[9]一种全光纤Mach-Zehnder干涉式温度传感器设计[J]. 宫顺顺,李丽君,蒋露,张艳,李文宪,徐琳. 中国新通信. 2017(02)
[10]Investigation of clustering effects on erbium-doped fiber laser performance[J]. Md.Ziaul Amin,Khurram Karim Qureshi. Chinese Optics Letters. 2017(01)
博士论文
[1]基于PGC的光纤传感技术在加速与弯曲测量中的应用[D]. 林巧.浙江大学 2011
[2]光纤Bragg光栅测量理论及其在动力工程中应用的研究[D]. 黄雪峰.浙江大学 2008
硕士论文
[1]轨道不平顺作用下高速列车运行舒适性分析[D]. 谢齐.大连理工大学 2014
[2]飞机发动机振动检测设备标定装置的研发[D]. 朱宇川.武汉理工大学 2013
[3]反射型光纤氢气传感器及氢敏性能测试[D]. 张莉莉.重庆大学 2012
[4]萨格奈克干涉型光纤传感器的特性研究[D]. 张海洲.华中科技大学 2011
[5]干涉型光纤水听器相位载波调制解调技术研究[D]. 周波.哈尔滨工程大学 2004
本文编号：3612232
【文章来源】：重庆理工大学重庆市
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于稀土掺杂光纤的二波混频典型解调结构原理图；(a)Sagnac干涉仪；(b)线性双波混频
图 2.2 制作的压电振动镜设计及光学平台搭建光学平台上完成，实验第一步是制作重要的压电 3 mm 正方体压电陶瓷与一块边长为 1.5 cm 的镀在金镜中心位置，完成后放置 24 小时等待完全固继续用光学胶固定在一个可调节的移动台上，完成完成并固定在光学平台上的压电振动镜，如图 2.波混频（TWM）的动态光栅成功写入并能快速精，如图 2.3 所示。系统基本光路为激光光源发出的环形器端口 2 出射后进入与之连接的 EDF，为了上光纤准直镜，使得光斑更加集中。准直后的激光与准直镜二者之间距离，经过多次实验我们固定 3 连接到一个固定在光学平台上的光电探测器，后输入到示波器，最后我们通过示波器观测信号
稀土离子跃迁示意图；(c) 光栅间距为 Λ、对比度 m=0.6 的注入光相干场曲线 I(z)和光栅写入时光的吸收系数 (z)/0归一化剖面图2.3 线性双波混频结构用于激光振动检测基于前面推导的动态光栅写入理论模型依据，我们设计并搭建了基于二波混频结构的全光纤振动检测系统，来验证动态光栅写入机制检测振动信号的可靠性以及优势。2.3.1 实验元件及仪器实验中使用工作波长为 1490 nm 的半导体分布式反馈（DFB）连续激光器作为光源，其最大输出功率为 10 dBm。使用的 3m 长掺铒光纤（EDFC-980-HP），EDF 在 1530nm 处吸收系数为 6 dB/m，饱和功率为 0.18 mW，光纤准直器以及我们设计的压电振动镜，光纤环形器和光电探测器等器件
【参考文献】：
期刊论文
[1]低气压CO2环境下基于光纤法珀振动传感器的超声声速测试与分析[J]. 张景川,杨晓宁,王晶,崔寒茵,李超. 振动与冲击. 2018(08)
[2]基于掺铒光纤中动态粒子数光栅的振动检测[J]. 陈溶,陶传义. 光学学报. 2018(09)
[3]分布式光纤传感技术在盾构区间隧道监测中的应用[J]. 王宏伟,张勇,杨洋,吴江. 公路. 2018(03)
[4]分布式光纤监测技术在土木结构健康监测中的应用[J]. 李旭辉,黄奕辉. 科技视界. 2018(06)
[5]铜沉积二硫化钨膜包覆薄芯光纤气体传感器的设计与应用[J]. 邓大申,秦祥,黄国家,冯文林. 光学学报. 2017(11)
[6]基于飞秒激光加工的微纳高温光纤振动传感器[J]. 张柳超,江毅,王素梅,刘达. 光学技术. 2017(04)
[7]Detection of water surface capillary wave by analysis of turning-point local signal data using a laser interferometer[J]. 张烈山,张晓琳,唐文彦. Chinese Optics Letters. 2017(07)
[8]分立式与分布式光纤传感关键技术研究进展[J]. 刘铁根,于哲,江俊峰,刘琨,张学智,丁振扬,王双,胡浩丰,韩群,张红霞,李志宏. 物理学报. 2017(07)
[9]一种全光纤Mach-Zehnder干涉式温度传感器设计[J]. 宫顺顺,李丽君,蒋露,张艳,李文宪,徐琳. 中国新通信. 2017(02)
[10]Investigation of clustering effects on erbium-doped fiber laser performance[J]. Md.Ziaul Amin,Khurram Karim Qureshi. Chinese Optics Letters. 2017(01)
博士论文
[1]基于PGC的光纤传感技术在加速与弯曲测量中的应用[D]. 林巧.浙江大学 2011
[2]光纤Bragg光栅测量理论及其在动力工程中应用的研究[D]. 黄雪峰.浙江大学 2008
硕士论文
[1]轨道不平顺作用下高速列车运行舒适性分析[D]. 谢齐.大连理工大学 2014
[2]飞机发动机振动检测设备标定装置的研发[D]. 朱宇川.武汉理工大学 2013
[3]反射型光纤氢气传感器及氢敏性能测试[D]. 张莉莉.重庆大学 2012
[4]萨格奈克干涉型光纤传感器的特性研究[D]. 张海洲.华中科技大学 2011
[5]干涉型光纤水听器相位载波调制解调技术研究[D]. 周波.哈尔滨工程大学 2004
本文编号：3612232
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