光纤光栅风力计研究

发布时间：2017-05-24 04:10

  本文关键词：光纤光栅风力计研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：摘要：基于光纤的传感器相比传统的传感器有很多独特的优点,比如抗电磁波干扰、耐侵蚀、结构紧凑和灵敏度较高等。本论文将光纤传感技术与流量测量原理结合起来,开展了基于光纤布拉格光栅(FBG)的新型流量传感器研究。论文主要包括以下几个方面的内容：1、回顾了光纤光栅传感器的研究情况和光纤风力计的发展概况,介绍了本实验室的光纤光栅刻写系统,阐述了光纤光栅传感理论,为光纤风力计的研究提供了指导。2、提出了一种基于光纤拉锥和光纤布拉格光栅的风力传感器,可以准确且有效测量气体的流速。气流吹动光纤臂,引起拉锥区域形变进而导致光损耗的变化,光通过锥形区域后被光纤布拉格光栅反射回光功率计,通过检测功率计示数即可计算出气流大小。传感器在0到6.57m/s的风速变化下,分辨率可达0.0187 m/s,灵敏度可达0.315 μW／(m/s)。3、提出了一种基于无芯光纤的热线型光纤风力计。此风力计是由一段表面镀了银膜的FBG与一小段无芯光纤组成；泵浦激光经过无芯光纤时,部分激光被耦合进光纤包层并被金属银膜吸收产生热量,从而使FBG的温度升高；当传感器被置入待测环境中时,气流带走银膜部分热量,使FBG温度降低,通过FBG的谐振波长的漂移即可以测得流速。实验得到该传感器风速测量范围达到0-13.7 m/s,在风速为0.5m/s时,灵敏度和分辨率分别高达333.3 pm/(m/s)和0.003 m/s。4、提出一种基于腰椎放大结构的热线型光纤风力计。此风力计是将一段表面镀了银膜的FBG与一根单模光纤进行腰椎放大熔接而成,腰椎放大结构相较于无芯光纤具有耦合效率高、机械强度好等特点。实验得到该传感器的风速测量范围达到0-13.7 m/s,在风速为0.5m/s时,灵敏度和分辨率分别高达1000 pm/(m/s)和0.001 m/s。
【关键词】：光纤传感器 光纤风力计 光纤光栅
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN253
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 1 绪论13-21
• 1.1 研究背景13
• 1.2 光纤光栅传感器的应用13-16
• 1.3 光纤风力计的发展概况16-20
• 1.3.1 风力计的分类16-17
• 1.3.2 光纤风力计的基本概况17-20
• 1.4 本论文的主要研究内容和研究意义20-21
• 1.4.1 主要研究内容20
• 1.4.2 研究意义20-21
• 2 光纤光栅的基本理论21-30
• 2.1 光纤光栅的概况21
• 2.2 光纤光栅的分类21-24
• 2.3 光纤布拉格光栅基本传感原理24-26
• 2.4 本实验室FBG制备系统26-29
• 2.4.1 载氢装置26-27
• 2.4.2 刻写系统27-29
• 2.5 本章小结29-30
• 3 基于光纤拉锥和FBG的风速传感器30-44
• 3.1 基于拉锥技术的光纤流量传感器简介30-32
• 3.2 基于光纤拉锥的风力计的结构介绍及制作原理32-37
• 3.2.1 基于光纤拉锥的风力计的结构介绍32-33
• 3.2.2 光纤拉锥的制作33
• 3.2.3 光纤拉锥的原理33-35
• 3.2.4 光纤拉锥的模拟分析35-37
• 3.3 基于光纤拉锥的风力计的传感机理37-39
• 3.4 实验结果和分析39-43
• 3.4.1 实验装置图39-40
• 3.4.2 钟罩式气体流量标准装置40-41
• 3.4.3 实验结果41-43
• 3.5 本章小结43-44
• 4 基于镀膜光纤光栅的热线式风力计44-62
• 4.1 热线式光纤风力计的研究进展44-45
• 4.2 热线式光纤风力计的传感原理45-46
• 4.3 热线式光纤风力计的制作技术和实验装置46-48
• 4.3.1 光纤栅的镀膜技术46-47
• 4.3.2 风洞实验室47-48
• 4.4 基于无芯光纤的热线式光纤风力计48-57
• 4.4.1 无芯光纤长度的模拟49-51
• 4.4.2 实验装置51-52
• 4.4.3 实验结果和讨论52-57
• 4.5 基于腰椎放大结构的热线式光纤风力计57-62
• 4.5.1 实验装置57-58
• 4.5.2 实验结果和讨论58-62
• 4.6 本章小结62
• 5 总结与展望62-65
• 5.1 总结62-63
• 5.2 展望63-65
• 参考文献65-69
• 作者简历69-70

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