用于智能电网的光纤光栅传感解调系统的研究
发布时间：2021-03-05 20:26
本文通过光纤光栅传感技术,为实现智能电网系统的在线监测需求进行了光纤光栅解调系统的设计,研发了应用于智能电网温度监测的解调系统,该解调系统具有精度高、体积小、便于安装的优点,并采用混合复用技术增加了解调系统的复用能力,通过实际的测量实验验证了本文设计的解调系统的合理性。在决定选择光纤光栅传感技术来实现智能电网系统的在线监测后,对光纤光栅传感器的传感原理、光纤光栅的温度及应力特性进行了详细的介绍,并对比了现阶段常用的解调方法的优缺点,最终选择了可调谐F-P滤波法作为本文的解调方法,为了提高系统的复用能力选择了混合复用技术来组建分布式传感网络,为解调系统的设计提供了理论依据。通过参考其他解调系统的设计方案制定了本文解调系统的组成模块,由智能电网测温的实际需要制定了本解调系统的性能指标,分析了解调系统所用器件的优缺点,根据系统指标对器件选型并进行了合理优化,通过Labview软件开发平台完成解调系统在线监测界面的设计及相关指令的运行,实现了测温系统在线监测的需要。解调精度是评判解调系统性能的重要指标,为提高系统的解调精度,本文优化了传统的小波阈值去噪算法,并对解调系统内部可能存在噪声的种类及...
【文章来源】：长春工业大学吉林省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光纤布拉格光栅的物理结构及光学特性
第2章光纤光栅传感器原理及解调方法16其中，基本谐振频率是2icnl，而ij频率是两个模式光的拍频，这就是拍频解调的原理。2.2.4Sagnac干涉解调法该方法是利用Sagnac干涉仪，间接地把对光纤光栅波长变化量转变为对相位变化量的求取，耦合器把宽带光源发出的光均匀的分成两份反方向光，这两份束光束的光振方向一致、频率一致，并且相位差恒定，具备了光的干涉条件，因此会有干涉现象发生于在耦合器上，干涉现象产生的相位差与波长相关，通过此相位差即可实现实验目的[37]，其原理图如下所示：图（2-4）Sagnac干涉解调法原理图当光纤环在未受干扰时，干涉现象是稳定的，光强的变化为0，当两束光收到外界干扰时会产生相位变化，假设受干扰的光纤长度是L,则相位变化为:=+LLLLLLDLnD（2-22）其中，表示的是光纤的传播系数，n是光纤光栅的折射率，则两束光经过耦合干涉后的光强是：1212PPP2PPcos（2-23）其中P为耦合总光强，1P、2P分别是分光束的光强，表示干涉后的相位差。2.2.5非平衡M-Z干涉法非平衡M-Z干涉解调法于1992年被A.D.Kersey等人提出，其原理图如图（2-5）
第2章光纤光栅传感器原理及解调方法17所示，宽带光源发出的光经耦合器输送至传感阵列，反射光经过两个3dB的耦合器后进入不同臂长的M-Z干涉仪中[38]，由光电探测器感知的输出光强为：IA1kcos（2-24）其中=2/Bnd是干涉仪不同臂长而产生的相位差，用n表示光纤光栅的有效折射率，d为M-Z干涉仪器的原始臂长间距，B为光纤光栅原始中心波长，A为输出直流分量，该直流分量同光强以及系统的损失相关，表示系统随机相位差，一旦光纤光栅的中心波长产生变化，相应地使干涉仪的相位也发生改变，改变量为22BBBnd。所以只需获得相位变化量与波长的漂移量的对应关系就可以实现解调需要，非平衡M-Z干涉法的优点是其分辨率较高，缺点是该解调方法不能忽略环境的干扰，一般用在100hz以上的动态信号检测。图（2-5）非平衡M-Z干涉法原理图2.3光纤光栅解调复用技术在智能电网这个庞大的系统中，通常需要的测量点的数目也很庞大，对于这么庞大的测量体系，若每个测量点都单独的安装光纤光栅传感系统，无疑是一笔很大的开销，为了尽可能的实现传感检测要求的同时又能减少实验开销，合理的利用分布式光纤光栅传感网络至关重要，因此光纤光栅解调复用技术的研究也逐渐成为科研工作
【参考文献】：
期刊论文
[1]航空发动机高温传感器的应用[J]. 楊博聞. 航空动力. 2020(01)
[2]电力物联网中光纤温度传感器的概述[J]. 张兴富,王满意. 电子世界. 2020(02)
[3]光纤光栅传感器在隧道测量变形和温度中的应用研究[J]. 王彩荣. 铁道建筑技术. 2019(10)
[4]智能电网中电力设备及其技术发展探究[J]. 常征. 中国新技术新产品. 2019(16)
[5]智能电网中新能源与常规能源的协调发展策略[J]. 秦宇. 现代经济信息. 2019(15)
[6]微地震数据去噪方法综述[J]. 代丽艳,董宏丽,李学贵. 吉林大学学报(地球科学版). 2019(04)
[7]一种基于光纤光栅应变感应的造船门式起重机应力监测系统[J]. 张铮. 工程建设与设计. 2019(13)
[8]基于VMD分解和小波阈值去噪的时差估计算法[J]. 帅海峰. 软件. 2019(06)
[9]基于FBG的铁路安全监测传感网络的复用技术应用[J]. 周松. 信息通信. 2019(06)
[10]基于微纳光纤的光纤传感器研究进展[J]. 罗宇,赵惠青,陈嘉颖,杨家欣,黄彩红,霍泳霖. 中国新通信. 2019(08)
博士论文
[1]多维复用光纤通信系统若干关键技术研究[D]. 曾星琳.北京邮电大学 2018
[2]时分/波分复用光纤传感系统及其关键技术研究[D]. 田恺.北京交通大学 2018
[3]大容量光纤光栅传感网络高速解调方法及关键技术研究[D]. 胡宸源.武汉理工大学 2015
硕士论文
[1]单点相移光纤光栅传输特性及其应用的研究[D]. 杨思玉.南昌航空大学 2019
[2]光纤Bragg光栅温度/应变解调仪设计[D]. 李宁.太原理工大学 2019
[3]基于FPGA的高速光纤光栅解调技术与实验研究[D]. 孔祥龙.山东大学 2019
[4]光纤光栅信号的高速解调技术研究[D]. 梁宏光.中国运载火箭技术研究院 2019
[5]基于光纤光栅传感原理的钢筋混凝土梁内部钢筋锈蚀检测方法研究[D]. 吴晓东.鲁东大学 2019
[6]基于FFP-TF和双参考光栅的温度解调系统的研究[D]. 唐晨飞.南昌航空大学 2018
[7]基于复用技术的光纤光栅传感解调系统的研究[D]. 李进.长春工业大学 2018
[8]基于可调谐扫描激光器的高精度光纤光栅解调系统研究[D]. 王成明.吉林大学 2018
[9]光纤光栅高温传感技术研究[D]. 薛渊泽.中国航天科技集团公司第一研究院 2018
[10]基于粗时分大容量光纤光栅传感系统的研究[D]. 刘亚冲.燕山大学 2016
本文编号：3065815
【文章来源】：长春工业大学吉林省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光纤布拉格光栅的物理结构及光学特性
第2章光纤光栅传感器原理及解调方法16其中，基本谐振频率是2icnl，而ij频率是两个模式光的拍频，这就是拍频解调的原理。2.2.4Sagnac干涉解调法该方法是利用Sagnac干涉仪，间接地把对光纤光栅波长变化量转变为对相位变化量的求取，耦合器把宽带光源发出的光均匀的分成两份反方向光，这两份束光束的光振方向一致、频率一致，并且相位差恒定，具备了光的干涉条件，因此会有干涉现象发生于在耦合器上，干涉现象产生的相位差与波长相关，通过此相位差即可实现实验目的[37]，其原理图如下所示：图（2-4）Sagnac干涉解调法原理图当光纤环在未受干扰时，干涉现象是稳定的，光强的变化为0，当两束光收到外界干扰时会产生相位变化，假设受干扰的光纤长度是L,则相位变化为:=+LLLLLLDLnD（2-22）其中，表示的是光纤的传播系数，n是光纤光栅的折射率，则两束光经过耦合干涉后的光强是：1212PPP2PPcos（2-23）其中P为耦合总光强，1P、2P分别是分光束的光强，表示干涉后的相位差。2.2.5非平衡M-Z干涉法非平衡M-Z干涉解调法于1992年被A.D.Kersey等人提出，其原理图如图（2-5）
第2章光纤光栅传感器原理及解调方法17所示，宽带光源发出的光经耦合器输送至传感阵列，反射光经过两个3dB的耦合器后进入不同臂长的M-Z干涉仪中[38]，由光电探测器感知的输出光强为：IA1kcos（2-24）其中=2/Bnd是干涉仪不同臂长而产生的相位差，用n表示光纤光栅的有效折射率，d为M-Z干涉仪器的原始臂长间距，B为光纤光栅原始中心波长，A为输出直流分量，该直流分量同光强以及系统的损失相关，表示系统随机相位差，一旦光纤光栅的中心波长产生变化，相应地使干涉仪的相位也发生改变，改变量为22BBBnd。所以只需获得相位变化量与波长的漂移量的对应关系就可以实现解调需要，非平衡M-Z干涉法的优点是其分辨率较高，缺点是该解调方法不能忽略环境的干扰，一般用在100hz以上的动态信号检测。图（2-5）非平衡M-Z干涉法原理图2.3光纤光栅解调复用技术在智能电网这个庞大的系统中，通常需要的测量点的数目也很庞大，对于这么庞大的测量体系，若每个测量点都单独的安装光纤光栅传感系统，无疑是一笔很大的开销，为了尽可能的实现传感检测要求的同时又能减少实验开销，合理的利用分布式光纤光栅传感网络至关重要，因此光纤光栅解调复用技术的研究也逐渐成为科研工作
【参考文献】：
期刊论文
[1]航空发动机高温传感器的应用[J]. 楊博聞. 航空动力. 2020(01)
[2]电力物联网中光纤温度传感器的概述[J]. 张兴富,王满意. 电子世界. 2020(02)
[3]光纤光栅传感器在隧道测量变形和温度中的应用研究[J]. 王彩荣. 铁道建筑技术. 2019(10)
[4]智能电网中电力设备及其技术发展探究[J]. 常征. 中国新技术新产品. 2019(16)
[5]智能电网中新能源与常规能源的协调发展策略[J]. 秦宇. 现代经济信息. 2019(15)
[6]微地震数据去噪方法综述[J]. 代丽艳,董宏丽,李学贵. 吉林大学学报(地球科学版). 2019(04)
[7]一种基于光纤光栅应变感应的造船门式起重机应力监测系统[J]. 张铮. 工程建设与设计. 2019(13)
[8]基于VMD分解和小波阈值去噪的时差估计算法[J]. 帅海峰. 软件. 2019(06)
[9]基于FBG的铁路安全监测传感网络的复用技术应用[J]. 周松. 信息通信. 2019(06)
[10]基于微纳光纤的光纤传感器研究进展[J]. 罗宇,赵惠青,陈嘉颖,杨家欣,黄彩红,霍泳霖. 中国新通信. 2019(08)
博士论文
[1]多维复用光纤通信系统若干关键技术研究[D]. 曾星琳.北京邮电大学 2018
[2]时分/波分复用光纤传感系统及其关键技术研究[D]. 田恺.北京交通大学 2018
[3]大容量光纤光栅传感网络高速解调方法及关键技术研究[D]. 胡宸源.武汉理工大学 2015
硕士论文
[1]单点相移光纤光栅传输特性及其应用的研究[D]. 杨思玉.南昌航空大学 2019
[2]光纤Bragg光栅温度/应变解调仪设计[D]. 李宁.太原理工大学 2019
[3]基于FPGA的高速光纤光栅解调技术与实验研究[D]. 孔祥龙.山东大学 2019
[4]光纤光栅信号的高速解调技术研究[D]. 梁宏光.中国运载火箭技术研究院 2019
[5]基于光纤光栅传感原理的钢筋混凝土梁内部钢筋锈蚀检测方法研究[D]. 吴晓东.鲁东大学 2019
[6]基于FFP-TF和双参考光栅的温度解调系统的研究[D]. 唐晨飞.南昌航空大学 2018
[7]基于复用技术的光纤光栅传感解调系统的研究[D]. 李进.长春工业大学 2018
[8]基于可调谐扫描激光器的高精度光纤光栅解调系统研究[D]. 王成明.吉林大学 2018
[9]光纤光栅高温传感技术研究[D]. 薛渊泽.中国航天科技集团公司第一研究院 2018
[10]基于粗时分大容量光纤光栅传感系统的研究[D]. 刘亚冲.燕山大学 2016
本文编号：3065815
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