陈娇敏[1]2012年在《输油管道振动探伤关键技术研究》文中认为输油管道泄漏检测技术在管道安全使用中占有重要的地位。目前管道铺设情况比较复杂、分布广、距离长,这给泄漏监测带来了诸多的困难。由于光纤光栅传感器具有与其它机械式、电类传感器无法比拟的优势,本论文围绕光纤光栅振动加速度传感器和光纤光栅传感器在输油管道泄漏中的光检测技术的应用问题,在了解现今的输油管道泄漏检测现状与发展方向的基础上,主要从光纤光栅的传感技术,研制了一种新型的光纤光栅振动加速度传感器,并针对输油管道振动探伤检测技术中的几个关键性问题进行了系统研究。为此,本论文首先根据光纤光栅的基本波导结构推导出光纤光栅的基本公式,分析光纤光栅的基本光学参数,建立光纤光栅温度、应力或应变传感的基本模型,为以后光纤光栅传感器的设计奠定理论基础。接着重点分析了挖掘、钻孔等破坏行为引起的管道振动,简单阐述了激励信号和振动信号的传播机理,建立因激励源所产生的振动信号的频率与振幅特性的数学模型,对各种情况下引起的输油管道的振动特性进行了理论分析。然后依据光纤光栅的传感机理设计了一种安装于双圆柱弹性环内并由多条相近性能的弹性薄片条组装成的桶形骨架作为光纤光栅振动传感器基底的传感结构,建立了其理论模型,推导出这种结构的数学模型,在理论上证实了这种结构的可行性。最后以设计的传感器模型为依据,分析弹性材料的性能参数,选择合适的弹性材料作为光纤光栅振动传感器的衬底弹性元件。并将弹性元件与振动传感器进行封装。经实验验证和对实验数据分析得知该振动传感器有很好的性能参数,经流体在管道中的泄漏引起的振动和和瞬间冲击进行模拟实验,结果表明该传感器适合于工程技术中的(20-300Hz)振动检测。
牟琳[2]2006年在《光纤光栅振动传感系统及其应用》文中研究指明光纤布拉格光栅(FBG)是近几年发展最为迅速的光纤无源器件之一。光纤光栅对特定波长的光具有反射作用，反射光波的峰值波长随着温度、应力等物理量的变化而变化，并具有优良的温度和应变响应特性；因此，光纤光栅在传感领域有着广泛的应用。 FBG传感器是以光纤为载体实现物理量的测量和传输的新型传感器。它具有耐压高、抗电磁场干扰、绝缘性好、体积小、重量轻、对环境变化不敏感，信噪比和灵敏度高等优点，并可同时作为传感元件和传输媒介，容易实现分布式测量，便于实现远距离传输。但光纤光栅传感技术是近几年才出现的一种新兴传感技术，许多方面还需要进一步的研究和改进。 本文综述了近年来FBG的研究成果，从光纤光栅的理论模型入手，围绕FBG的成栅机理、结构特点等对FBG的光学特性、匹配光栅解调技术进行了具体分析，主要在FBG的振动传感原理、波长解调技术、数据处理以及传感器测量系统等方面进行了一定的研究。利用光纤光栅振动传感机理，从匹配光栅解调系统构成的角度提出了FBG振动传感和波长解调的研究方案，为光纤光栅振动传感技术实现动态测量奠定了一定的理论基础，对光纤光栅振动传感器的分析和应用具有一定的指导意义。 论文的主要研究内容如下： 1．简要分析了FBG传感技术的基本原理、传感特性。对现有较为成熟和常见的光纤光栅波长解调方法进行总结。 2．利用耦合模理论推导了光纤光栅反射和透射谱的数学模型以及其反射峰半波带宽的表达式，以及光栅参数对其反射特性的影响。 3．根据光纤光栅反射光信号的特点，对光电二极管进行选型并设计光电转换电路。根据光电二极管的特性分析了光电二极管转换的光功率与中心波长的关系及波长转换的灵敏度。 4．使用VC语言编程对ADLINK公司的DAQ2005数据采集卡进行初始化，并实现数据采集和处理功能，测试该数据采集卡的精度能符合实验要求。 5．设计搭建光纤光栅振动传感实验系统，对系统各环节进行了理论上的模拟和计算，利用反卷积理论进行仿真分析。 6．根据单点的FBG振动传感解调实验原理进行实验。采用快速傅里叶变换(蝶形变换)
沈竹[3]2004年在《新型光纤光栅振动传感器解调技术研究》文中指出光纤布拉格光栅传感器是光纤传感器中重要的一类，它具有波长调制的特点，因此其核心技术之一就是解调技术，即精确测量波长飘移的技术。解调技术关系着传感器的工作方式，应用范围和性能，因此研究新型的解调技术，并进一步设计高性能光纤光栅传感器是一个非常重要的研究方向。 本文提出了一种基于电压驱动可调法布里腔自动跟踪扫描滤波的光纤光栅传感器解调方案，利用电压反馈控制可调法布里腔的方法，达到对外界的振动、应变等物理量引起的布拉格光纤光栅反射光谱的漂移进行解调。本文中创新性地提出了“自动跟踪”的概念，利用光电系统中的运算电路，不仅能够自动跟踪调整法布里腔的驱动电压、在保证精确度的同时有效地提高该传感系统的解调频率范围，还有效地解决了在测量范围内有时需要更换传感探头的重新调谐问题。依据这种解调技术所设计的传感器能够满足很多振动传感测试系统的需要，大大拓宽了光纤光栅传感器在振动测试方面的应用范围。由于其成本较低、稳定可靠、应用方便，同时具有良好的性能和广阔的适用范围。因此可望在振动传感领域得到广泛的实际应用。 本文所作的主要工作包括： (1)简要的分析了光纤Bragg光栅传感技术的基本原理、传感特性。整理出光纤光栅振动传感器的一般设计方法。 (2)对光纤光栅传感器解调技术在国内外的研究现状及已经确立的一些基本方法和理论进行了较为全面的分析，比较了各个解调方法的优点、应用范围及局限性，并致力于从中提出一种新型的解调方案。 (3)完整的研究设计了一套光纤光栅传感器的解调系统，适用于振动(加速度)测量。 (4)依据所设计的解调方案进行了实验，并给出了振动测试的实验结果 (5)在实验结果的基础上总结该方案的优缺点，并展望其应用前景
营旭东[4]2011年在《光纤布拉格光栅地震检波解调技术的研究》文中认为地震检波器是在地质勘探和工程测量领域中的一种专用传感器,它能将地面振动转变为各类信号(其中最主要为电信号),在地震勘探数据采集的过程中,它是至关重要的一环,其性能的好坏直接影响地震记录质量和地震资料的解释工作。近年来,由于石油工业和电子工业的迅猛发展,极大地推动了地震勘探技术的发展。因而对地震数据采集的精度和质量要求也越来越高,即要求具有高分辨能力、高抗干扰能力、高信噪比、高保真度、高精确度和大动态范围的地震检波器。在振动传感领域中,比起传统的探测器,用光纤光栅作为传感器具有高灵敏度、大动态范围、强抗干扰能力、波长编码信号,便于构成分布式传感网络等诸多独特的优点。如何检测、处理传感光栅中心波长的微小偏移量,即对波长编码的信号实现解调是整个光纤布拉格光栅传感系统实用化的关键。本文基于边缘滤波解调技术,利用改进的掺铒超荧光光源做边缘滤波器,采用LabVIEW软件来实现对解调信号的采集、处理和显示等,实现了对地震信号的解调。本文所作的工作主要包括：(1)介绍了光纤布拉格光栅传输理论模型及其传感原理；分析了光纤布拉格光栅地震检波器的基本原理。(2)对常见的几种解调方法的优缺点进行了分析和比较,选定了一种光源作为滤波器件的边缘滤波解调方案；对解调系统的光路和电路组成部分进行了研究和设计,搭建实验系统。(3)对实验系统进行动态振动传感实验,分析实验结果,总结解调方案的优缺点,并对实验误差进行分析。(4)提出了一种基于边缘滤波法和匹配光栅法的振动和温度同时测量的解调方案。
刘晓颖[5]2016年在《基于光纤传感技术的电子互感器多参量监测方法研究》文中提出互感器作为电力系统中关键测量设备之一,电子互感器工作运行中易受外界温、湿度环境、压力、振动、噪声等因素影响,使得长期运行工作的电子互感器测量精度稳定性和可靠性产生不确定性。本文针对电力系统电子互感器运行状态监测需求,分别研究了基于光纤光栅传感器的温度、湿度、气压以及振动等多种参量测试方法,构建了基于LabVIEW的电子互感器运行状态监测系统。首先,针对电子互感器运行状态气压实时监测需求,构建了基于膜片式结构的光纤光栅气压传感模型,实现了气压/温度双参数集成监测。在此基础上,分别提出一种量程可调型差动式光纤光栅气压传感器和一种适用于飞机空速管动压监测的差动式光纤光栅气压测量方法。其次,针对电子互感器湿度监测需求,研究了一种基于聚酰亚胺湿敏薄膜的光纤光栅湿度传感器,设计了满足强电磁场与高温测试环境的有机PC(聚碳酸酯)管式封装方法,并给出无涂敷层与含涂敷层两类光纤光栅湿度传感器温/湿度敏感特性及其适用环境。再次,针对电子互感器振动状态监测需求,构建了基于应变-振动转换模型的悬臂梁振动监测系统。在此基础上,研究了一种基于弓形梁结构的光纤光栅振动传感器。接着,针对电子互感器运行状态误差稳定性与SF6气体状态监测需求,研究了温度等环境因素对电子互感器运行误差稳定性的影响特性,构建了SF6气体温度、气压、密度的反演模型。给出了电子互感器SF6气体密度以及SF6气体湿度体积分数计算方法。最后,针对电子式互感器综合运行状态监测需求,构建了基于光纤光栅传感器的电子互感器运行状态在线监测硬件系统。结合基于LabVIEW的监测软件设计,实现温度、湿度、气压、振动等多种参量监测、显示以及预警功能。
周浩强[6]2013年在《光纤光栅振动加速度传感器的优化设计及振动体的振动模态分析》文中研究表明进入21世纪，随着科学技术的不断进步，我国交通事业也随之得到了蓬勃发展，在全国范围内，许多公路、高铁桥梁等大结构建筑正在进行修建，但对于该类大型结构建筑物的安全监测仍然为一个空缺，导致了一些大型桥梁结构自身损伤不能被及时发现，从而使自身损伤不断地积累，最终引发建筑物坍塌事故，此类事故发生常常会造成重大的人员伤亡和巨大的经济损失。为避免此类事故的发生，及时、准确的检测到建筑物的损伤情况显得尤为重要。因此，本文主要就光纤光栅加速度振动传感器设计进行了研究和实验，以使其可以满足对建筑物的检测；同时，对基于固有频率的损伤识别技术进行了研究，提出了一套简单、准确的检测方法。实验研制了一种基于双等强度悬臂梁式光纤布拉格光栅振动传感器，首先通过ANSYS软件对传感器进行了数值计算与仿真，得到了在各个阻尼比下传感器的幅频特性曲线和相频特性曲线，不断变化传感器结构参数，寻找最优谐振频率与加速度灵敏度，从而得到传感器最优结构参数；根据仿真所得的最优结构参数进行传感器加工；利用所加工的振动传感器进行振动台试验研究并对所得实验数据进行处理，将处理后的数据与ANSYS软件仿真所得到的数据进行比较，可知，振动平台所测得的实验结果与ANSYS软件仿真结果相吻合：传感器的谐振频率为80.74Hz，可实现50Hz以下低频振动信号的实时监测，在5-50Hz之间的加速度灵敏度约为20.85pm/m·s-2。该传感器可以很好地获得建筑物的振动信息，从而为损伤识别提供准确、可靠的振动信号。对损伤识别的一般方法进行简单介绍，明确了监测物健康状况与固有频率之间存在一定关系。对结构尺寸、材料完全相同的4组桥梁模型进行人为制造损伤，其中4组损伤程度各不相同，对4组桥梁模型进行相同的实验，实验得出监测物损伤程度与固有频率之间的关系，当损伤程度增加时，固有频率将不断减小；通过ANSYS软件对实验中的4组桥梁建立仿真模型，进行模态分析，得出不同损伤程度下桥梁的固有频率，从而得到损伤程度的增加导致固有频率的减小，所得结论与实验相吻合。因此，当桥梁受到损伤时，其固有频率减小。
徐胜明[7]2017年在《面向长输石油管道安全监测的光纤振动传感技术研究》文中研究指明长输管道是石油、天然气等战略资源的主要运输方式之一,其安全运维至关重要。但是打孔盗油及管道泄漏等现象长期存在,严重危害长输管道的安全运维,一旦发生大范围泄漏或爆炸事故会造成巨大的经济损失甚至严重的环境污染,因此对于长输管道进行实时监测具有非常重要的意义。本文对长输石油管道的发展及管道安全监测的研究现状进行了综述,并对现有的管道监测技术进行了总结说明。由于管道上的打孔盗油及泄漏现象均会产生振动信号,以管道上振动信号作为检测对象,开展了基于光纤布拉格光栅(FBG)振动传感和基于光纤微悬臂梁的法布里珀罗(FP)腔振动传感两种方法的研究,分别对FBG和FP腔的振动传感原理进行了研究分析,以及对传感器的结构、信号采集与信号解调部分进行分析设计和实验验证。本课题的主要研究内容包括:1、开展了基于FBG振动传感的打孔盗油预警技术研究,搭建了管道振动信号实时监测系统,并在模拟的管道上进行了不同直径不同转速的现场钻孔和敲击实验,采用偏最小二乘分析判别法(PLSDA)对管道上的不同类型钻孔等振动信号进行特征识别。2、设计加工了基于光纤微悬臂梁的振动传感器研究,对其可行性进行了理论分析,在实验室搭建传感系统进行了振动信号的检测,并对悬臂梁的加工、悬臂梁的振动仿真、传感头的封装、信号采集与解调等模块进行分析研究,实验结果表明该方法有望对管道上打孔盗油等环境信息进行监测。同时,搭建电子学微音器系统对管道振动信号进行检测作为对比实验,与以上两种管道振动检测方法进行了优缺点比较。理论分析与实验验证结果表明:基于FBG振动传感和基于光纤微悬臂梁的FP腔振动传感方案均可对管道振动信号进行检测,相比于传统的管道振动检测方法,具有良好的灵敏度与较高的分辨率,为石油管道运输中打孔盗油等破坏性行为的监测提供了可参考的技术方案。
周燕其[8]2008年在《斜拉桥索力自动监测系统研究》文中提出拉索索力的监测关系到斜拉桥运营安全,其经济、社会效益极为显着,而现有索力测试技术存在种种局限性,以及远程自动监测系统的费用昂贵,论文针对上述问题拟研发一种在拉索钢丝表面安装光纤光栅应变传感器、外挂索力显示屏的简易斜拉桥索力自动监测系统。论文分析了现有5种索力测量方法的原理、适用范围和优缺点,调查了光纤光栅技术测量索力的应用现状;研究了光纤光栅原理及信号解调技术;总体设计了索力自动监测系统的光纤光栅传感器系统、光纤光栅传感网络分析系统、光纤传输及显示系统叁大功能模块;提出了钢丝镀锌层、封装防水胶水层和修补PE护套层的拉索局部叁重防护体系。传感器的安装试验,证实了将光纤光栅应变传感器粘贴到拉索钢丝表面的可行性;裸索的静载试验,探索了拉索索力F和光纤光栅的波长变化Δλ之间的关系,通过标定可得到拉索索力F和光纤光栅的波长变化Δλ的拟合方程F = aΔλ+ b,实现拉索钢丝表面安装光纤光栅应变传感器测量拉索索力,为研发简易斜拉桥索力自动监测系统奠定了基础。综上,论文将先进的光纤光栅传感技术应用到斜拉桥索力监测,创造性的在拉索钢丝表面安装了抗电磁干扰、稳定性好的光纤光栅传感器,实现了拉索索力的测量,促进了光纤传感技术在工程结构安全监测应用,具有重要的学术价值和实际意义。
魏文星[9]2010年在《基于ARM的嵌入式光纤光栅振动检测系统》文中研究指明在高速发展的现代社会中,越来越多的工程领域需要对振动问题进行分析和处理。合理的分析处理振动问题可以帮助人们制造优良的机械,设计安全的建筑结构,减小振动带来的负面影响等。电学式测量方法是目前对振动信号检测的主要方法,但是电学式测量方法需要考虑系统绝缘、防电磁干扰等问题,因此在环境比较恶劣、对安全要求比较高的场合其应用受到限制。光纤光栅传感器因具有结构简单、测量精度高、本质安全、抗电磁干扰、易于形成传感网络等优点成为近几年发展最为迅速的传感器件。本文在对光纤光栅传感及解调技术研究的基础上,结合嵌入式技术设计了一套基于ARM的嵌入式光纤光栅振动检测系统,为复杂环境中对振动信号的检测问题提供了一个切实易行的解决方案。论文主要内容如下：首先,从光纤光栅的耦合模理论入手,研究了光纤光栅的传感原理,分析了光纤光栅测量应变的数学模型；以此理论为基础设计了测量振动信号的光纤光栅加速度传感器；分析比较目前几种常用的光纤光栅传感解调技术,设计了基于匹配光栅解调法的解调光路,并对所设计的光路进行实验分析。然后,针对光纤光栅传感系统中光信号微弱的特点设计了信号调理电路,整个信号调理电路包括光电转换电路、信号放大电路、滤波电路等部分,完成将光信号转化为电信号的工作。为了保证光纤传感系统的精度和稳定性,在电路设计时,采取相应的措施对各方面干扰进行有效抑制。另外,使用ARM内核的LPC2210芯片作为处理器,结合外部扩展的硬件资源,以μC/OS-Ⅱ实时嵌入式操作系统为平台进行应用程序开发,完成振动信号采样、人机交互、网络通讯等功能,使整个振动检测系统初步具有数字化、智能化、网络化的特点。最后,利用实验室资源搭建实验平台,使用稳态正弦激振法和瞬态激振法对整个系统进行测试,验证系统的可靠性和稳定性,并对实验结果进行分析和总结。
嵇雪蘅[10]2008年在《光纤光栅传感技术与试验研究》文中指出光纤光栅传感器作为一种新型的性能优越的传感器,在结构健康监测中发挥着日益重要的作用。本文在研究光纤光栅传感特性的基础上,针对大型土木工程结构长期健康监测的需要,研制开发了两端夹持式光纤光栅应变传感器,并对其特性进行了研究。将光纤光栅传感器应用于钢架冲击荷载作用下动态响应监测及模拟地震激励下的模型动力特性监测。主要工作如下:(1)介绍了光纤光栅传感器的基本结构及工作原理,分析了现在常用的几类光纤光栅应变传感器的工作原理及特点,提出了一种新型的光纤光栅应变传感器的封装方式,并分析其工作原理。(2)针对土木工程结构长期监测的需要,开发了两端夹持式封装光纤光栅应变传感器。讨论了不同基体材料上光纤光栅应变传感器的应变灵敏度系数;标距长短对夹持式封装光纤光栅应变传感器应变灵敏度系数的影响;粘结剂对传感器应变传递率和使用范围的影响及在长期循环荷载作用下传感器的可靠性。(3)光纤光栅应变传感器在模型试验中的应用。介绍了钢框架在冲击荷载作用下的动态响应监测和仿真混凝土拱坝整体模型地震破坏试验。研究了光纤光栅传感器在不同试验中的布设工艺。在仿真混凝土拱坝的破坏试验中,监测到结构从弹性状态到塑性状态过程中的裂缝的发生、发展情况,以及多次振动作用下结构的“残余应变”。试验结果证明光纤光栅传感器具有抗电磁干扰和测量灵敏度高等优点,具有很好的发展前景。
参考文献：
[1]. 输油管道振动探伤关键技术研究[D]. 陈娇敏. 西安石油大学. 2012
[2]. 光纤光栅振动传感系统及其应用[D]. 牟琳. 山东大学. 2006
[3]. 新型光纤光栅振动传感器解调技术研究[D]. 沈竹. 武汉理工大学. 2004
[4]. 光纤布拉格光栅地震检波解调技术的研究[D]. 营旭东. 西安石油大学. 2011
[5]. 基于光纤传感技术的电子互感器多参量监测方法研究[D]. 刘晓颖. 南京航空航天大学. 2016
[6]. 光纤光栅振动加速度传感器的优化设计及振动体的振动模态分析[D]. 周浩强. 西安石油大学. 2013
[7]. 面向长输石油管道安全监测的光纤振动传感技术研究[D]. 徐胜明. 中国科学技术大学. 2017
[8]. 斜拉桥索力自动监测系统研究[D]. 周燕其. 重庆交通大学. 2008
[9]. 基于ARM的嵌入式光纤光栅振动检测系统[D]. 魏文星. 山东大学. 2010
[10]. 光纤光栅传感技术与试验研究[D]. 嵇雪蘅. 大连理工大学. 2008
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