基于光纤宏弯耦合效应的漏水检测系统设计

发布时间：2017-03-26 09:06

  本文关键词：基于光纤宏弯耦合效应的漏水检测系统设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水下航行器在水下航行时受到巨大的水压,这就要求水下航行器具有好的耐水压性能和密封性能。然而在设计过程中的水密性测试并不能真正模拟水下的复杂环境,因此在实际航行过程中针对航行器的结构增加漏水测试环节以完善水密性测试是非常必要的。为了给水下设备的结构设计提供完整可靠的测试数据,需要对漏水位置及漏水状态提供精确的报道。目前,水下设备的漏水检测装置尚未见诸报道,因而需要自主研发具有针对性的漏水传感器。本文根据项目所提出的技术指标和设计要求,设计了系统的总体方案,详细介绍了漏水检测系统的工作原理。系统采用模块化的设计思想,完成了系统漏水传感单元、微弱信号采集单元、寻址定位单元以及其他功能模块单元的设计。考虑到水下的复杂环境,并结合目前国内外漏水检测技术的发展状况,设计了基于光纤宏弯耦合效应漏水检测原理的光纤双绞宏弯型漏水传感器;寻址定位单元利用主机板内的主控芯片FPGA下发循环递增地址码,并结合寻址定位电路,控制256个传感头依次循环的工作;针对所提出的漏水传感器,设计了微弱光信号采集模块,根据此模块所输出的结果,以获得当前工作的传感头位置的漏水状态及漏水位置。最终实现了对256个步长为50mm位置的漏水状态检测,总计测量长度达到12.8m,漏水定位精度为±5mm。最后,对所设计的漏水检测系统的传感头及系统整体进行功能测试。结果表明,本设计性能稳定,能够满足设计的要求。
【关键词】：光纤传感器 宏弯耦合 漏水检测 FPGA AD采集
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U674.941
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 漏水传感器研究背景及意义9-10
• 1.2 漏水传感器研究现状及趋势10-15
• 1.2.1 漏水检测方法10-14
• 1.2.2 国内外发展现状及发展趋势14-15
• 1.3 本文主要工作15-16
• 1.4 本章小结16-17
• 2 系统整体方案设计及关键技术分析17-23
• 2.1 系统技术指标及要求17
• 2.2 系统总体方案设计17-19
• 2.3 关键技术分析19-22
• 2.3.1 高精度的漏水传感单元的设计19-20
• 2.3.2 高精度微弱信号采集电路设计20-21
• 2.3.3 寻址定位技术21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 3 光纤宏弯耦合效应漏水检测原理及传感头设计23-33
• 3.1 光纤宏弯耦合效应漏水检测原理及敏感头设计23-27
• 3.1.1 光纤宏弯耦合效应漏水检测原理23-25
• 3.1.2 光纤双绞宏弯型漏水探头25-27
• 3.2 传感头电路设计27-32
• 3.2.1 光源的选择27-28
• 3.2.2 光电二极管的选择28-29
• 3.2.3 寻址定位部分电路设计29-30
• 3.2.4 放大电路的设计30-32
• 3.3 系统防水及抗压性结构设计32
• 3.4 本章小结32-33
• 4 主机板硬件电路及逻辑设计33-43
• 4.1 A/D采集34-38
• 4.1.1 A/D转换器的选型34-35
• 4.1.2 电压跟随电路设计35
• 4.1.3 A/D转换电路设计35-36
• 4.1.4 采集控制模块设计36-38
• 4.2 主控单元设计38-40
• 4.2.1 FPGA的选型38
• 4.2.2 FPGA配置电路设计38
• 4.2.3 FPGA逻辑设计38-40
• 4.3 422总线模块40-41
• 4.4 系统供电电路设计41-42
• 4.5 本章小结42-43
• 5 光纤漏水检测系统噪声分析及功能测试43-52
• 5.1 系统各模块噪声分析43-47
• 5.1.1 光源噪声分析43
• 5.1.2 光电二极管噪声分析43-44
• 5.1.3 前置放大电路噪声分析44-47
• 5.2 系统基本功能测试47-51
• 5.2.1 传感头电路测试47-48
• 5.2.2 光纤漏水定位系统信号采集分析48-51
• 5.3 本章小结51-52
• 6 总结与展望52-53
• 6.1 论文工作总结52
• 6.2 展望52-53
• 参考文献53-57
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及所取得的研究成果57-58
• 致谢58-59

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