用于测量冰力学参数的光纤布拉格光栅传感系统研究

发布时间：2017-03-21 08:13

  本文关键词：用于测量冰力学参数的光纤布拉格光栅传感系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：自然界中冰分布非常广泛,它不仅是一种重要的淡水水源,也是人类生产生活中的重要组成部分,对环境和人类有着举足轻重的影响力,因此有必要对冰的物理力学特性进行研究。传统静态测试方式的测试结果不稳定,且难以满足实际测试条件,而将光纤光栅用于材料的无损探测及监测已经有了许多应用及研究,并展现出了其独特的优势,成为了测试材料性能的一种新趋势,因而开展相关方面的研究具有重要的意义。鉴于光纤光栅具有体积小,抗电磁干扰,传感灵敏度高等优势,在阅读大量文献资料的基础上,提出开展基于光纤光栅测试冰力学参数的研究,论文具体包含了以下内容:首先,阐述了冰力学参数测试的相关研究背景和国内外研究进展,并对论文的研究意义及选题依据进行了说明。其次,针对光纤光栅结构和传感原理进行了描述,对光纤布拉格光栅传感原理中温度和应变传感特性做了详细的理论分析。然后对冰力学参数测试的整个原理进行了理论分析,先简述了超声波及其传播特性,再重点分析了超声波波速与其他物性参数之间的关系,由此导出了超声波波速与冰样杨氏模量、泊松比、剪切模量以及体积模量间的关系,得出了通过测试冰样内超声波传播波速来判断冰样相关力学参数的结论。然后,对系统整体的结构设计进行了介绍,分析并仿真了设计系统的解调部分。随后对系统的主要器件、系统的搭建及实验过程进行了介绍。并通过四部分内容完成测试和结果的分析,给出了光栅对超声波频率和幅值的响应以及超声波波速随冰样温度变化关系,通过对所测参数进行公式转换,得到了冰样力学参数随冰样温度的变化关系。在误差的允许范围内,光纤布拉格光栅传感系统能够较为准确地测量出不同温度下冰样中超声波纵波、横波的传播波速,并可由所测超声波波速得到冰样的相关力学参数随温度变化的关系。最后,对全文的主要工作,以及所得结论进行了总结,并对系统的下一步改进提出了几点建议。
【关键词】：光纤布拉格光栅 力学参数 超声波检测 冰
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 国内外研究发展现状11-13
• 1.2.1 冰力学参数研究发展现状11
• 1.2.2 光纤光栅测试超声波研究发展现状11-13
• 1.3 选题依据及研究意义13-14
• 1.4 论文主要研究工作14-15
• 第2章 光纤光栅探测及冰力学参数测试原理15-27
• 2.1 光纤布拉格光栅基本结构及探测原理15-16
• 2.2 布拉格光栅传感原理16-21
• 2.2.1 光纤光栅温度传感特性16-18
• 2.2.2 光纤光栅应变传感特性18-21
• 2.3 冰力学参数测试原理21-26
• 2.3.1 超声波及其传播特性22
• 2.3.2 超声波与其他物性参数的关系22-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 光纤布拉格光栅传感系统的设计27-43
• 3.1 传感系统整体结构设计27-28
• 3.2 解调系统设计28-37
• 3.2.1 解调原理28-35
• 3.2.2 基于悬臂梁原理的调节杆35-37
• 3.3 测试系统其他主要组成器件介绍37-41
• 3.3.1 宽带光源模块37-38
• 3.3.2 PIN光电二极管38-39
• 3.3.3 8通道高速虚拟示波器39-40
• 3.3.4 环形器40-41
• 3.4 非线性超声系统41-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第4章 冰样力学参数测试与结果分析43-60
• 4.1 实验准备43-45
• 4.1.1 冰样制备43-44
• 4.1.2 测试系统搭建及实验步骤44-45
• 4.2 实验结果与误差分析45-59
• 4.2.1 光栅对超声波频率及幅值的响应45-47
• 4.2.2 超声波波速随冰样温度变化47-55
• 4.2.3 冰样力学参数随冰样温度变化55-56
• 4.2.4 实验误差分析56-59
• 4.3 本章小结59-60
• 第5章 总结60-62
• 参考文献62-67
• 作者简介67-68
• 致谢68

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