光纤法珀压力传感系统研究
发布时间：2021-11-04 19:50
随着光纤传感技术的发展,光纤法珀压力传感器以其体积小、质量轻、不受电磁干扰等优点被广泛应用。所以研究实用性强、测量精度高、一致性好的光纤法珀压力传感器有很重要的意义。本文首先介绍了光纤法珀压力传感器和解调系统的研究现状及其应用,在光纤法珀传感多光束干涉原理的基础上对光纤法珀腔的输出光谱特性进行了分析,对几种光纤法珀传感解调算法做了理论研究。设计了台面膜传感器结构,分析了法珀腔腔长对反射信号的影响以及台面膜半径、膜片厚度以及台面高度对挠度的影响,并用ANSYS结构力学仿真对台面膜结构进行建模,对均布载荷的情况下,台面中心点位移的变化进行分析。为台面膜结构的优化设计提供了理论和仿真基础,具有一定的参考价值。对光纤法珀压力传感系统进行了研究,主要包括解调系统的硬件以及软件部分的设计。其中,硬件部分主要对宽谱光源和标准具进行了测试与分析;软件部分采用虚拟仪器开发平台Lab VIEW软件进行了采集程序的编写、插值算法的设计以及标准具波长算法的程序设计,对几种寻峰算法进行了仿真分析。实现了光谱数据的采集、寻峰及波长计算算法。最后对实验室现有的F-P压力传感器以及解调仪进行了评价,对解调仪的性能进行...
【文章来源】：华北电力大学河北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图3-6台面膜实体模型
华北电力大学硕士学位论文243.3台面膜力学结构仿真本文用ANSYS软件对台面结构模型进行仿真分析，本文中台面结构膜片的材料选为二氧化硅，杨氏模量E=7.3×1010Pa，泊松比ν=0.17，膜片半径a=0.5mm，厚度为h1=0.08mm，台面半径b=0.15mm，台面高度h2=0.04mm。首先建立台面膜片实体模型，台面膜是一个整体，因此，在将两个薄的圆柱画完之后，使用Add命令将两个薄圆柱结合起来，使两者成为一个整体。图3-6为台面膜片的三维模型。图3-6台面膜实体模型然后对模型采用网格划分，进行网格划分后的模型如图3-7所示。图3-7划分网格后的台面膜网格划分后，对其进行约束，在本次设计的台面膜结构中，是将圆膜的四周固支约束，因此需要把圆膜四周所有节点选中，结果如图3-8所示。
华北电力大学硕士学位论文25图3-8施加约束后的台面膜模型对膜片加压，采用分布载荷的方法，首先在轴向施加以0.02MPa为步进的0-0.12MPa压力，查看膜片的受力情况，感压膜片截面挠度分析图如图3-9所示。图3-10为台面膜挠度大小沿直径方向的变化坐标图，可以明显的观察到，在增加了台面结构之后，敏感膜中心位置的偏移比较平坦，可以满足传感器对法珀腔平行度的要求，从而提高传感器的测量精度。（a）正视图（b）俯视图图3-9感压膜片截面挠度分析图
【参考文献】：
期刊论文
[1]高灵敏度光纤应变传感器[J]. 卢卫涛,张拴民,陈安锋,强伟,王诚,王舰. 应用光学. 2017(05)
[2]结构简单的熔接式全石英光纤EFPI高静压传感器[J]. 张杰,荆振国,李昂,彭伟. 中国激光. 2016(10)
[3]聚合物封装的纵向微结构光纤分布式压力传感系统[J]. 孙琪真,汪静逸,张威,向阳,艾凡,刘德明. 红外与激光工程. 2016(08)
[4]一种基于LabVIEW的准分布式光纤光栅传感解调系统设计[J]. 王鹏致,刘春桐,李洪才,吴荣晶. 激光与光电子学进展. 2016(02)
[5]MEMS F-P干涉型压力传感器[J]. 江小峰,林春,谢海鹤,黄元庆,颜黄苹. 红外与激光工程. 2014(07)
[6]基于光纤气泡和纤芯失配的Mach-Zehnder干涉液体折射率传感器[J]. 李辉栋,傅海威,邵敏,赵娜,乔学光,刘颖刚,李岩,闫旭. 物理学报. 2013(21)
[7]多通道光纤法-珀解调系统分析与实验[J]. 李丽慧,朱永,王宁,龚天诚,李阳. 光子学报. 2013(09)
[8]具有复合式法珀腔的光纤压力传感器的解调[J]. 姜丽娟,江俊峰,刘铁根,刘琨,刘宇,梁霄,王少华. 光子学报. 2012(03)
[9]光纤法布里-珀罗复合结构折射率传感器的灵敏度分析[J]. 龚元,郭宇,饶云江,赵天,吴宇,冉曾令. 物理学报. 2011(06)
[10]Study on local temperature characteristics of fiber Bragg gratings[J]. 吴飞,赵静,刘彬,张颖. Optoelectronics Letters. 2010(02)
博士论文
[1]新型光子晶体光纤压力传感器[D]. 武创.大连理工大学 2012
[2]深紫外激光制作的微光纤传感器及系统研究[D]. 冉曾令.电子科技大学 2009
硕士论文
[1]基于ARM的小型化多通道光纤法珀压力传感解调系统研究[D]. 周翔.天津大学 2017
[2]光纤法珀传感器解调技术研究[D]. 张汉坤.电子科技大学 2013
[3]基于NI数据采集模块光纤光栅传感解调系统研究[D]. 邓希望.武汉理工大学 2013
[4]微型非本征法布里—珀罗干涉光纤压力传感器研究[D]. 董玉珮.大连理工大学 2006
本文编号：3476339
【文章来源】：华北电力大学河北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图3-6台面膜实体模型
华北电力大学硕士学位论文243.3台面膜力学结构仿真本文用ANSYS软件对台面结构模型进行仿真分析，本文中台面结构膜片的材料选为二氧化硅，杨氏模量E=7.3×1010Pa，泊松比ν=0.17，膜片半径a=0.5mm，厚度为h1=0.08mm，台面半径b=0.15mm，台面高度h2=0.04mm。首先建立台面膜片实体模型，台面膜是一个整体，因此，在将两个薄的圆柱画完之后，使用Add命令将两个薄圆柱结合起来，使两者成为一个整体。图3-6为台面膜片的三维模型。图3-6台面膜实体模型然后对模型采用网格划分，进行网格划分后的模型如图3-7所示。图3-7划分网格后的台面膜网格划分后，对其进行约束，在本次设计的台面膜结构中，是将圆膜的四周固支约束，因此需要把圆膜四周所有节点选中，结果如图3-8所示。
华北电力大学硕士学位论文25图3-8施加约束后的台面膜模型对膜片加压，采用分布载荷的方法，首先在轴向施加以0.02MPa为步进的0-0.12MPa压力，查看膜片的受力情况，感压膜片截面挠度分析图如图3-9所示。图3-10为台面膜挠度大小沿直径方向的变化坐标图，可以明显的观察到，在增加了台面结构之后，敏感膜中心位置的偏移比较平坦，可以满足传感器对法珀腔平行度的要求，从而提高传感器的测量精度。（a）正视图（b）俯视图图3-9感压膜片截面挠度分析图
【参考文献】：
期刊论文
[1]高灵敏度光纤应变传感器[J]. 卢卫涛,张拴民,陈安锋,强伟,王诚,王舰. 应用光学. 2017(05)
[2]结构简单的熔接式全石英光纤EFPI高静压传感器[J]. 张杰,荆振国,李昂,彭伟. 中国激光. 2016(10)
[3]聚合物封装的纵向微结构光纤分布式压力传感系统[J]. 孙琪真,汪静逸,张威,向阳,艾凡,刘德明. 红外与激光工程. 2016(08)
[4]一种基于LabVIEW的准分布式光纤光栅传感解调系统设计[J]. 王鹏致,刘春桐,李洪才,吴荣晶. 激光与光电子学进展. 2016(02)
[5]MEMS F-P干涉型压力传感器[J]. 江小峰,林春,谢海鹤,黄元庆,颜黄苹. 红外与激光工程. 2014(07)
[6]基于光纤气泡和纤芯失配的Mach-Zehnder干涉液体折射率传感器[J]. 李辉栋,傅海威,邵敏,赵娜,乔学光,刘颖刚,李岩,闫旭. 物理学报. 2013(21)
[7]多通道光纤法-珀解调系统分析与实验[J]. 李丽慧,朱永,王宁,龚天诚,李阳. 光子学报. 2013(09)
[8]具有复合式法珀腔的光纤压力传感器的解调[J]. 姜丽娟,江俊峰,刘铁根,刘琨,刘宇,梁霄,王少华. 光子学报. 2012(03)
[9]光纤法布里-珀罗复合结构折射率传感器的灵敏度分析[J]. 龚元,郭宇,饶云江,赵天,吴宇,冉曾令. 物理学报. 2011(06)
[10]Study on local temperature characteristics of fiber Bragg gratings[J]. 吴飞,赵静,刘彬,张颖. Optoelectronics Letters. 2010(02)
博士论文
[1]新型光子晶体光纤压力传感器[D]. 武创.大连理工大学 2012
[2]深紫外激光制作的微光纤传感器及系统研究[D]. 冉曾令.电子科技大学 2009
硕士论文
[1]基于ARM的小型化多通道光纤法珀压力传感解调系统研究[D]. 周翔.天津大学 2017
[2]光纤法珀传感器解调技术研究[D]. 张汉坤.电子科技大学 2013
[3]基于NI数据采集模块光纤光栅传感解调系统研究[D]. 邓希望.武汉理工大学 2013
[4]微型非本征法布里—珀罗干涉光纤压力传感器研究[D]. 董玉珮.大连理工大学 2006
本文编号：3476339
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