一、传感技术在压力测量中的运用(论文文献综述)
朱栋梁[1](2021)在《基于光纤传感技术的轨道交通工程监测技术研究》文中提出轨道交通工程综合了各类土木、建筑、岩土、矿业工程等高水平复合型工程,稳定、可靠、高效的监测技术是保障轨道交通工程安全施工的重要手段。然而,传统监测技术在长期使用过程中越来越难以适应快速发展的轨道交通工程安全监测要求。近年来发展的光纤传感监测技术凭借其抗干扰能力强、精度高、稳定性好、防水防潮、耐久性长、可实现远距离大范围分布式监测、可集成性好等优点,成为轨道交通工程监测行业中一种较为理想的监测手段。目前光纤传感监测技术多处于室内实验阶段,未能充分融入轨道交通工程的实际工程监测作业中,在实际工程应用时,存在成活率低、布设方法与实际工程匹配度低等实际问题。为此,本文针对现阶段城市轨道交通工程施工监测的需求和传统监测技术的不足,依托金义东城际轨道工程,以轨道交通工程中基坑工程围护结构以及盾构隧道管片结构为研究对象,解决了光纤传感监测技术在围护结构以及盾构隧道管片结构变形的工程应用问题,主要研究内容及结论包括以下几个方面:近年来发展的光纤传感监测技术凭借其抗干扰能力强、精度高、稳定性好、防水防潮、耐久性长、可实现远距离大范围分布式监测、可集成性好等优点,成为轨道交通工程监测行业中一种较为理想的监测手段。目前光纤传感监测技术多处于室内实验阶段,未能充分融入轨道交通工程的实际工程监测作业中,在实际工程应用时,存在成活率低、布设方法与实际工程匹配度低等实际问题。为此,本文针对现阶段城市轨道交通工程施工监测的需求和传统监测技术的不足,依托金义东城际轨道工程,以轨道交通工程中基坑工程围护结构以及盾构隧道管片结构为研究对象,解决了光纤传感监测技术在围护结构以及盾构隧道管片结构变形的工程应用问题,主要研究内容及结论包括以下几个方面:(1)光纤类传感器性能研究:基于光纤传感技术制成的光纤类传感器的基础性能分析,对其封装方式以及传感特性进行研究,了解其监测物理量。标定了其应变、温度传感系数。(2)基于光纤传感技术(BOTDA)对桩体深层水平位移的监测技术研究:针对基坑工程围护结构中的有无腰梁结构的两种钻孔灌注桩深层水平位移监测需求,改良了在腰梁结构下难以存活的单U型监测技术方法,相对应的提出了多U型监测技术方法,基于倾角法原理及材料力学应变转化原理推导了U型布设位移算法,设计了以PVC管为载体的室内简支梁模型试验,并于实际工程中与传统测斜管进行了监测效果对比,实验与实际工程结果均验证了多U型监测技术的正确性以及光纤传感技术的可靠性,解决了传统测斜管的监测精度不足、腰梁结构下传感器失活的问题。(3)基于光纤传感技术(BOTDA、FBG)的砼支撑受力变形监测技术研究:基于材料力学原理,对含有格构柱的砼支撑进行受力模型概化求解,解决了传感器安装参数以及受力计算方法不明确的问题,通过实际工程中与传统钢筋计的监测效果对比,说明了BOTDA与FBG的监测效果均优于传统钢筋计的监测效果,进一步验证了模型的正确性。(4)基于光纤传感技术(BOTDA)的盾构隧道管片结构变形监测技术研究:在原有Z型布设的二维位移监测技术的基础上,结合盾构隧道管片三维变形模式,设计了基于全分布式光纤传感器的菱型布设三维位移监测技术,并推导了相对应的三种位移计算方法,设计了以木板为载体的管片三维位移室内模型试验,验证了菱型监测技术的正确性,解决了z型监测技术与管片实际位移不匹配的问题;
杜文刚[2](2020)在《基于光纤感测的采动覆岩变形演化特征试验研究》文中指出地下开采活动引起的地层运移破坏是典型的“黑箱”问题,工程现场难以掌握完整覆岩结构特征。覆岩垂直分带划分、导水裂隙带发育高度预测、覆岩关键层位置判别、超前支承压力监测等依旧是采矿工程领域主要研究问题,是实现矿井安全高效开采的重要保障。因此,推动采动岩体变形监测技术发展在采矿领域具有重要研究价值。无论工程现场岩体变形监测或实验室模型试验研究,研究采动引起的岩体变形演化规律的重点落在科学准确地获取岩体内部各种变形参量信息。随着光纤传感技术的飞速发展,为采动岩体结构变形监测提供了新的方法。光纤传感技术应用于采动岩体变形监测尚存在诸多亟待解决的问题,如何通过光纤传感技术科学有效地获取采动覆岩内部变形信息及应力演化规律成为该领域当前研究的重点。本文基于此,通过理论分析、等强度梁标定试验、ANSYS数值模拟、岩样试件单轴压缩试验、大倾角煤层开采物理相似模型试验、浅埋厚煤层开采相似模型试验、FLAC数值计算、研究矿区矿压数据分析等研究方法,分别对光纤感测基础理论及岩体变形监测应用两部分内容展开研究。针对以往研究中对光纤与采动覆岩在不同开采阶段耦合作用关系分析不足的问题,提出传感光纤与采动岩体的耦合关系量化指标“光纤-岩体耦合系数”,分别探讨在纵向覆岩层位高度及横向工作面推进位置两个维度变量时空演化过程对耦合系数的影响,通过耦合系数对定义的工作面来压判别参量“平均应变增量”进行修正;通过耦合系数对采动引起的覆岩垂直分带区进行合理划分。在以往研究基础上,首次通过分布式光纤传感监测数据判别上覆岩层中关键层位置分布,判别结果与通过传统经典关键层理论计算位置一致性较好。论文主要创新点包括:(1)提出采动岩体与分布式光纤的耦合性量化指标:岩体-光纤耦合系数,对光纤-岩体耦合关系进行量化分析,探讨不同垂直分带区对应耦合系数分布特征,基于此提出与光纤接触的五种不同垂直分带区岩体结构。分析了光纤-岩体耦合作用关系及界面力学行为,以此判断光纤与岩体的接触关系。(2)提出平均应变增量(ASI)统计分析方法,并通过光纤-岩体耦合系数进行修正,反应顶板运动剧烈程度用以表征工作面来压位置与来压强度。通过统计学t假设检验法对顶板岩体活动是否为应变增量突变的本质影响因素进行验证分析。(3)建立光纤感测应变曲线形态、裂隙带发育高度与关键层活动的内在联系实现光纤感测表征覆岩垂直分带特征;基于分析目前主要关键层判别方法、关键层失稳破断方式及光纤传感识别关键层内在机理,提出光纤感测采动覆岩关键层判定参量(CSI),并通过试验监测数据及传统判定方法对其有效性进行验证。建立基于光纤传感技术感测的采动上覆岩层移动变形及结构演化表征体系,具有较高的学术价值与研究意义。结合光纤传感测温、测湿等相关技术,将采矿引起的地层移动变形“黑箱问题”透明化,为实现矿井智能化开采提供相关数据信息,对于推动光纤传感技术在矿业工程领域发展具有重要意义。
张哲[3](2020)在《空芯光纤微腔干涉型高温高压传感技术研究》文中提出空芯纯石英光纤以其优良的耐高温特性和独特的空气孔微流通道结构在高温高压传感、气体及微流体传感领域具有重要的研究意义与应用价值。温度和压力作为反映工程结构健康状态的重要参量,其测量在工程领域至关重要。随着科技发展和工业技术的进步,高温和高压的测量在航空航天、石油化工、深海探测、冶金工业等领域愈加重要。光纤传感器以结构小巧、灵敏度和集成度高以及在线分布式测量等特点被广泛应用于温度、压力及其他物理、化学和生物量的传感。在众多光纤传感技术中,光纤微腔白光干涉测量术不仅不受光源功率波动的影响,还能进行参量的绝对测量,是研究热点之一。论文选题来源于国家自然科学基金“航空发动机高温材料/先进制造及故障诊断科学基础”重大研究计划项目:“面向航空发动机状态监测与故障诊断的高温动态光纤传感机理及关键技术研究”。系统研究了空芯光纤微腔干涉型高温高压传感技术,包括:空芯光纤微腔干涉仪的设计与制备、高温高压传感原理与信号解调技术、高温高压一体化传感和高温动态气压传感等方面的研究。本论文主要内容如下:1.系统地研究了空芯光纤微腔干涉仪的制备技术。攻克了空芯光子带隙光纤与普通单模光纤的低损耗熔接、不同类型空芯光纤的精密切割、空芯光纤单腔/复合微腔的制备、空芯光纤微腔马赫-增德干涉仪(MZI:Mach-Zehnder Interferometer)和封闭式、开放式微腔法布里-珀罗干涉仪(FPI:Fabry-Perot Interferometer)的制备以及飞秒激光制备空芯光纤侧边微流通道阵列等关键技术。探索和总结出了基于电弧放电热加工和飞秒激光微加工工艺的一整套空芯光纤加工和多种微腔(单腔/复合腔、封闭腔/开放腔)传感器的制备方法。2.研究了光纤微腔干涉型传感器的信号解调技术,包括白光干涉波长解调、相位解调和激光干涉动态解调三种不同方法。分析了波长解调精度、探测极限与白光干涉光谱的Q值、信噪比之间的关系。介绍了傅里叶相位法、傅里叶主频法、波数域傅里叶变换相位法、相移测量法和步进相移测量法等几种白光干涉相位解调方法,对比了各种相位解调方法的优缺点。初步研究了光纤微腔激光干涉动态解调方法。3.提出并实现了一种空芯光纤MZI高温传感器。实验研究了传感器的高温响应和褪火特性。为了消除空芯光纤微腔MZI制备过程中引入的应力,提出了空芯光纤微腔FPI探针式高温传感器,实验证明该传感器在1100℃的测温范围内无需高温褪火即具有极高的测量线性度(0.99)和重复性。4.提出并实现了一种基于开放型气体微腔FPI的高压传感技术。利用气体折射率与气压的线性关系,克服了封闭腔气压传感器稳定性差、线性度低、制备重复性差等缺点。在0-10 MPa气压测量范围内,实现了传感器的高波长灵敏度(4.17 nm/MPa)和高测量线性度(0.9999以上)。进一步通过使用低损耗空芯光子带隙光纤制备了超长开放型微腔FPI,结合相位解调实现了传感器相位灵敏度134.05μm/MPa,证明了相位灵敏度随腔长成正比提高的特性,为微弱压力和动态声压传感提供了一条新的途径。5.设计和制备了一种石英/空气复合微腔FPI高温高压一体化传感器,结合相位解调算法实现了高温高压同时测量。将不同内径的空芯光纤级联,形成了石英腔(封闭腔)和空气腔(开放腔)复合微腔,并利用石英材料的大热光系数和气压不敏感特性实现高温测量,利用气体折射率的压力敏感、温度不敏感特性实现高压测量。通过对复合微腔干涉光谱进行快速傅里叶变换和带通滤波,实现了两套微腔干涉信号的光谱分离,对分离后干涉光谱分别做相位解调,实现了高温(800℃)和高压(10 MPa)一体化测量。6.初步研究了激光干涉动态气压传感技术。进行了初步声压传感实验,证明了这种开放微腔用于动态声压传感的可行性。进一步提出了通过增大空气微腔开放程度实现高频声波传感的构想。本论文理论结合实验,按照“理论设计?器件制备?传感测试?信号解调?优化提升?应用拓展”的思路进行研究,集器件制备和传感解调为一体,对空芯光纤微腔干涉型高温、高压及高温高压一体传感技术进行了详细全面的研究。未来将进一步研究空芯光纤微腔干涉型传感器在高速动态气压传感、超高温气压传感、气体成分检测等领域的应用,并将积极探索空芯光纤微腔干涉型高温高压传感器在航空航天等领域的应用。
刘国泉[4](2020)在《基于MOEMS压力传感技术的血流储备分数测量系统研究》文中研究指明我国心血管疾病患病人数众多,心血管病死亡占疾病死亡构成的比重很大,是我国居民的首位死因。长期以来,冠状动脉造影及血管内超声一直是诊断血管狭窄介入治疗的参考标准,然而它们在血管狭窄功能信息的获取方面十分有限,而基于压力测量的血流储备分数(fractional flow reserve,FFR)是一种非常宝贵的功能学评价工具。FFR是准确的病变特异性指标,表明特定的狭窄或冠状动脉区域是否会导致缺血。现阶段FFR测量系统大多采用传统压电式传感器,存在漂移大,易受电磁干扰等局限性。微型光学压力传感器具有体积小、灵敏度高、漂移小,不受电磁干扰等特性,在FFR测量中应用越来越广泛。本论文主要以FFR参数测量为目标,选择MOEMS(Micro-Opto-ElectroMechanical Systems)压力传感技术进行研究,设计并搭建了传感器测量系统的压力标定装置,建立压力传感基准测试系统,搭建微压测量环境,并对搭建的传感器测量系统进行压力标定,采用白光低相干干涉方法对不同加载压力下的反射光谱进行解调,获取和挖掘传感器腔长变化与压力值之间关系。通过对比分析传感器测量系统实测的压力,验证了MOEMS压力传感器测量系统准确性高,相关性好的优异性能。为了探索性能更高的光学压力传感器,本文还提出了一种由金属-介质-金属纳米柱阵列构成的新型表面等离激元晶格共振(plasmonic surface lattice resonances,SLRs)结构,它在不对称的电介质环境中具有优异的性能。在设计优化的几何参数中,该结构具有86的高品质因数。本文设计的纳米柱阵列在与结构中金属板的空间间隔d在5-9nm范围内变化时,谐振波长移动非常明显,d值每变化1nm,谐振波长移动42nm,表明该结构具有反应灵敏,相关性好的优点,十分适用于高灵敏度压力传感系统。在系统的研究中发现可以通过更改结构几何参数和与金属板的空间间隔d来获得可调谐性。本论文的研究,为进一步探索构建准确测量FFR的光学压力传感系统奠定基础,为实现小体积、高灵敏度、高精度的压力传感器和高要求的介入诊断器械制造提供技术依据。
王本章[5](2020)在《基于光学捷变频技术的高性能快速分布式光纤传感研究》文中认为分布式光纤传感技术已用于大型基础设施、地质灾害、物联网系统、地球物理探测等领域中,该研究具有重大的经济和科研价值,成为世界各国大力发展的关键技术。其中,快速分布式光纤传感技术成为主要研究热点之一,并取得了一系列的重要研究进展。然而快速分布式传感研究仍存在诸多急需攻克的难题,如系统采样率较低和数据存储空间较大,并且在长距离快速、单端快速和高灵敏度快速测量等领域仍需有效的解决方案。本论文以光学捷变频技术为核心,开展了高性能快速分布式光纤传感研究工作,主要研究内容如下:在快速布里渊光时域分析(BOTDA)测量领域,针对系统采样率较低和存储空间较大的问题,本论文提出基于压缩感知技术的传感方法,实现布里渊增益谱压缩采样。该方案采用主成分分析算法构造变换域字典,使得布里渊增益谱在变换域投影后具有稀疏性。相比于传统4MHz步长的均匀谱采样,所提出的方案只利用传统方案30%的频率个数即可恢复布里渊增益谱,将系统采样率提高3.3倍,并且直接在采集过程中压缩数据,数据存储空间减少70%极大缓解系统硬件压力。在长距离BOTDA测量领域,针对系统测量时间较长的问题,本论文提出采用基于光学啁啾链调制和布里渊衰减谱结构的传感方法。光学啁啾调制的探测光对泵浦脉冲光宽谱放大,通过补偿泵浦光传输损耗和提高探测光布里渊阈值有效提高系统信噪比。该系统在每一啁啾周期内完成布里渊衰减谱测量,因此测量时间只受限于光纤长度和平均次数,在秒量级的测量时间内完成百公里分布式传感,实验演示了150km分布式测量时间仅为3.2s。本论文进一步引入双脉冲差分技术降低光学啁啾调制噪声和泵浦脉冲前端畸变引入的测量误差,同时利用模式识别算法实现更高精度的本征布里渊频移提取。在单端布里渊光时域反射计(BOTDR)测量领域,针对扫频方案解调速度较慢的问题,本论文提出基于光学捷变频技术的传感方法。利用光学捷变频技术实现参考光频率快速扫描,滤波和检波后实现自发布里渊增益谱的快速重构,其中参考光频率扫描方案包括光学频率快速扫描和光学啁啾链调制。基于光学频率扫描的单端快速分布式BOTDR系统的测量时间受限于光纤长度、扫频个数和平均次数,实验在172m传感光纤上获得了62.5Hz采样速度的分布式测量。基于光学啁啾链调制的单端快速BOTDR系统的测量时间仅受限于光纤长度和平均次数,实验在400m的光纤上获得500Hz振动采样率的分布式测量。在快速分布式光纤测量领域,针对应变灵敏度和应变动态范围无法兼得的问题,本论文提出融合瑞利散射和布里渊散射的双机制分布式光纤传感方法。利用同一组扫频脉冲光实现相位敏感型光时域反射计(phase-OTDR)和BOTDA测量,瑞利信号实现6.8nε高灵敏度相对振动测量,布里渊信号提供绝对应变参考。双机制分布式传感系统测量时间受限于光纤长度、扫频个数和平均次数,实验在50m传感光纤上获得k Hz量级采样速度的高灵敏度分布式测量。
陈泽浩[6](2020)在《基于频移干涉光纤腔衰荡技术的压力/应力传感方法研究》文中指出光纤腔衰荡传感技术因具有高稳定性和高灵敏度等优点日益受到国内外研究学者的广泛关注,并在压力和应力检测中得到了初步的应用。然而,传统光纤腔衰荡传感技术存在因使用脉冲光、快速探测器、高速示波器而导致的成本较高的问题,使其很难获得广泛的实际应用。为此,本论文将频移干涉技术和光纤腔衰荡传感技术相融合,提出了频移干涉光纤腔衰荡压力/应力传感技术,该技术不但因使用连续波激光器、慢速探测器和慢速采集卡而降低了成本,而且因采用差分探测改善了传感系统的稳定性。本论文完成的主要研究内容和取得的成果如下:1.提出了一种基于频移干涉光纤腔衰荡技术的压力传感方法,并进行了实验验证。采用一段剥去涂覆层的单模光纤作为传感头,在0-10.4 MPa范围内测量了压力。通过对探测到的差分信号作傅里叶变换,得到了不同压力条件下的空间域衰荡信号。实验结果表明:衰荡距离的倒数差与压力之间满足很好的线性关系,其斜率表明传感系统的灵敏度可达0.024(km-1?MPa-1),且灵敏度还可以通过增大传感头的作用长度得到改善。稳定性实验表明:系统稳定性可高达0.1%,对应的压力探测极限可达0.05 MPa。2.提出了一种基于频移干涉技术的多通道光纤腔衰荡压力传感系统方案,并在实验上搭建了一种双通道频移干涉光纤腔衰荡压力传感系统对其进行了验证。通过测量不同压力下的衰荡距离,得到了各个传感器的位置和压力的信息,获得了压力测量灵敏度分别为0.030(km-1·MPa-1)和0.042(km-1·MPa-1),压力检测极限分别为0.126 MPa和0.403 MPa。通过功率预算分析,在相同的实验设置下,最大传感器复用数预计在50公里距离内为37个。实验和仿真结果表明,该系统具有成本低、灵敏度高、线性响应好、稳定性好等优点,在多点微小压力测量方面具有一定的应用前景。3.提出了一种基于频移干涉光纤腔衰荡技术的应力测量方法,并进行了实验验证。利用单模-多模-单模结构设计传感头来实现大应力测量范围的检测,获得了高达5000με的动态范围,在如此大的应力测量范围内获得了高达0.34 km-1·mε-1的应力灵敏度,相应的应力检测极限为48.2με。实验结果表明:频移干涉光纤腔衰荡应力传感系统具有易于制造,成本低,线性响应好,稳定性好和动态范围大的优点。因此,对于诸如混凝土结构中的大动态范围检测之类的实际应用,它具有一定的吸引力和应用前景。4.提出了一种基于频移干涉技术的多点光纤腔衰荡应力传感的方案,并搭建了串联的双点应力传感系统对其进行了的实验验证。为了获得大的动态范围和较高的灵敏度,我们采用了双锥形多模光纤作为传感器头。通过测量不同应力条件下的衰荡距离,获得了对应的腔损耗信息。实验结果表明:两个传感头的应力灵敏度分别可达0.137 dB/mε和0.197 dB/mε,对应的探测极限分别为0.012 dB和0.036dB,而且两个传感头均实现了高达6 mε的动态范围的检测和具有良好的线性响应。
苏丹[7](2020)在《新型高精度光纤光栅应变传感技术研究》文中研究指明石油天然气是人类现代文明发展中不可或缺的资源,在油气勘探开发过程中,应变的监测(包含了油气井的井斜和方位测量、生产测井中高温应变监测及高精度压力检测等)可以有效地保障油气田正常的勘探开发作业、提高采收率、提升储量替代率等。光纤布拉格光栅(Fiber Bragg grating,FBG)应变监测技术相较于传统电类应变监测技术,具有抗电磁干扰、耐腐蚀、耐高温高压、易于组网复用等优势,克服了电类传感器存在的诸多限制和难题,赢得了大量关注和研究,具有广阔的市场应用潜力。另外,由于国内石油勘探开发工程也正面临着如高成本、油田高含水、高采出、非常规油田高占比等诸多严峻问题和考验,对新技术的需求已迫在眉睫,因此研究基于新型FBG的应变传感技术具有重大意义。本论文利用飞秒激光结合相位掩模板技术在特种光纤中写制新型FBG,针对应变测量中的高精度、方向性识别和多参量测量等科学技术和工程应用问题,重点研制了两种基于少模光纤的新型FBG弯曲(位移)传感器;一种基于熔接点集成双FBG的高温应变传感器;制作了一种膜片式FBG压力传感器,并进行了标准计量测试。论文主要内容如下:1.综述了光纤应变传感技术及新型FBG矢量应变传感器国内外研究现状,结合FBG的基本理论,阐述了利用飞秒激光写制FBG的技术和方法。介绍了实验室利用飞秒激光刻写新型FBG的实验研究平台及实验方案。2.提出并优化了少模FBG飞秒激光结合相位掩模板写制新方法(对芯写制和离轴写制)用于高效激发耦合模LP01-11,研究了基于少模FBG传感器的耦合特性和弯曲作用机理,设计制作了两种基于少模FBG的弯曲(位移)传感器,且弯曲测量均利用耦合模LP01-11能量解调。其中:(1)基于四模对芯FBG的弯曲(位移)传感器,以四模光纤作为敏感元件,FBG仅作为反射镜,耦合模LP01-11能量弯曲响应具有良好的线性灵敏度和规律的方向性响应特性,且该传感器可实现温度同时测量;(2)基于两模离轴FBG的弯曲(位移)传感器,利用离轴写制法引入了非圆对称FBG结构,相比于四模对芯FBG结构,该传感器弯曲灵敏度更高,方向响应特性更好,也能实现温度同时测量。3.研制了一种基于光纤熔接点集成双FBG的高温应变传感器。利用单模光纤(Single Mode Fiber,SMF)和细芯光纤(Thin-core Fiber,TCF)纤芯折射率的差异,通过飞秒激光结合相位掩模板法,在SMF和TCF熔接点两侧纤芯区域刻写了总长度仅约为4mm的双FBG结构,实现了温度应变的同时测量。实验中通过化学腐蚀TCF进一步提高传感器的应变响应灵敏度,并采用高温退火工艺提高传感器的热可靠性和稳定性。传感器温度和应变测量范围分别为100℃-800℃、0-1000με,应变灵敏度最高可达到3.25 pm/μ?。4.研制了一种基于膜片与FBG相结合的压力传感器。通过对传感器件进行整体封装结构设计、承压膜片材料选择、膜片尺寸优化、模拟仿真分析、机械结构加工和装配等,实现了0-40 Mpa的油压测量,基本误差为0.073%,测量精度(不确定度/准确度/最大允许误差)为0.1级,为高精度FBG压力传感器的后续研制积累了宝贵的资料和经验。
黄伟[8](2020)在《光纤光栅高温传感器与光纤微腔干涉仪高压传感器的研制及应用》文中认为在工业以及自动化不断发展的今天,传感器技术显得尤为重要。光纤传感器的问世弥补了众多电学传感器的显着缺点,例如:电磁干扰、环境腐蚀、难以信号传输和组网等。光纤传感器最为引人注目的优点是其制作成本低并且不会产生电火花。这些特性使得光纤传感器广泛应用于石油化工、天然气、桥梁建筑以及航空航天等领域。本文面向电磁感应焊接、油气开采、航空发动机等极端环境中的测量需求,利用光纤光栅与光纤微腔干涉仪作为传感器件实现高温高压测量。论文的主要研究内容包括:光纤高温高压传感原理与解调方法、光纤光栅高温传感器的研制与测试、光纤微腔干涉仪高压传感器的研制与测试、高温高压一体化测量光纤传感器的制备与测试。(1)针对国内外的高温传感器、高压传感器以及高温高压一体化传感器的研究与发展现状开展了调研,总结与分析了各类传感器的优点与不足,确定以满足体积小、重量轻、无电火花的光纤布拉格光栅以及光纤微腔干涉仪在实现高温高压测量方面拥有巨大优势。因此,本文主要研究了基于光纤光栅和光纤微腔干涉仪的高温高压一体化传感技术。(2)利用飞秒激光逐点法制备了耐高温的光纤布拉格光栅,进而研制出光纤光栅高温传感器,并进行了高温响应特性测试。研究了光纤光栅的退火与淬火工艺,解决了骤冷与骤热中出现的光谱畸变问题。同时,光纤布拉格光栅在高温退火后展现出优良的重复性。研制的光纤光栅温度传感器在500℃下的温度灵敏度13.3 pm/℃,温度响应速度208℃/s。最终,我们将研制的光纤光栅高温传感器应用于电磁感应焊接工艺中的焊点温度监测。(3)利用光纤端面研磨和空芯玻璃管熔接与精密切割的方法制备了基于纯石英薄膜的光纤微腔干涉仪,并在此基础上研制出光纤微腔干涉仪高压传感器,实现常温下40 MPa高压(液压)测量。通过改变石英薄膜的厚度来提高对压力测量的灵敏度,研究了传感器的压力响应与薄膜厚度的关系。压力传感器展现较为良好的重复性,并且其重复性误差与隔膜厚度呈负相关(隔膜厚度越薄,重复性误差越大)。同时使用有限元分析软件Comsol进行了理论验证,发现当厚度达到2.09μm,传感器的压力响应存在有灵敏度极大值,通过理论仿真证明:由于加工放电过程瞬间的热胀冷缩导致石英薄膜发生形变,导致了高压下器件的非线性响应。在兼顾压力灵敏度与线性拟合度的情况下,优化设计石英隔膜厚度为4.63μm,从而研制了最佳灵敏度的光纤微腔干涉仪压力传感器,实现传感器灵敏度为:-1.436 nm/MPa,线性拟合程度R方值为:0.991。(4)在分别研究光纤光栅高温传感器与光纤微腔干涉仪高压传感器的工作基础之上,利用两种结构进行级联并进行封装,进而研制了高温高压一体化光纤传感器。设计并搭建了高温高压一体化测试装置,并利用研制的高温高压一体化光纤传感器实现了500℃高温和5 MPa高压(气压)的同时测量。测试结果表明:气体压力每升高1 MPa,光纤光栅温度传感器的灵敏度增加0.000813 nm/℃;气体温度每升高1℃,光纤微腔干涉仪的压力灵敏度减小0.000173 nm/MPa。通过温度-压力交叉敏感补偿方法,最终实现温度灵敏度:0.0141 nm/℃,温度测量精度:0.7%FS;压力灵敏度:-0.73 nm/MPa,压力测量精度:1.37%FS。本文研制的光纤光栅高温传感器和光纤微腔干涉仪高压传感器有望在航空发动机监测、油气资源勘探与开采、深海环境探测、先进焊接工艺监测等领域取得广泛的工程应用。
郭红英[9](2020)在《基于光纤光栅的高温固体压力传感技术研究》文中提出随着各类高端武器不断发展,弹药的毁伤性越来越大,使得弹药在贮存、维护以及使用的过程中,合理地保存变得尤为重要。弹药在受到意外热刺激、直接受到火焰烤燃或者在战场上受到爆炸影响后吸收大量热福射等情况下,可能出现意外引燃的危险,进而发生不可控的化学反应。当弹药受到热刺激时,弹体内压力因温度变化会急剧增加,进而发生弹体引爆的可能,这不仅会导致弹药丧失正常功能,而且可能进一步造成生命财产的严重损失。因此,对实弹进行热感度烤燃实验、弹药热安定性检测、弹内压力检测,从而了解弹内含能材料反应的剧烈程度,以及检测弹体在受热过程中弹内温度、压力的变化,对弹药系统进行安全性和环境适应性的研究,具有重要的现实意义。本文围绕面向弹药内部热安全检测中进行弹内压力监测的实际应用需求,研究了改善高温环境下光纤光栅固体压力传感性能的因素。首先,设计和构建了能够实现固体压力传感的封装结构模型,优化了传感器的温度补偿效果,并进行温度、压力以及不同温度环境下的压力标定;其次,通过对所设计传感器的温度、压力标定数据进行数据处理,提高了传感器的温度补偿效果及压力检测精度。全文的研究要点如下:(1)本文结合弹药热安全检测环境下,弹内温度、压力所呈现出的特点,系统地针对光纤光栅固体压力检测的传感机理进行了分析,建立了高温压力传感模型及温度补偿方法。通过对理论模型的仿真计算,为传感器结构及相关参数设计提供了理论支持。(2)针对封装材料在不同温度下材料参数变化的问题,通过对封装结构与材料参数的理论分析与模型仿真相结合,得出压力灵敏度在不同温度的变化趋势。通过建立高温压力检测实验平台,在不同温度环境下,对设计的传感器进行压力标定实验,验证了耐高温光纤光栅传感器进行高温压力检测的可行性,为高温固体压力检测技术提供了一种新的研究手段。(3)针对光栅解调仪转换精度问题,有效地提取光纤Bragg光栅检测数据中的静态信息以及动态信息,应用希尔伯特—黄变换对数据进行滤波、重构,提高了压力检测精度。针对传感器在检测环境中温度变化范围大,温度补偿存在偏差的特点,采用极限学习机模型,对压敏光栅及温补光栅的温度实验数据进行训练,建立波长—温度的非线性模型,预测当前实验温度,然后对压敏光栅温度数据的训练集样本进行训练,建立温度—波长的非线性模型,预测压敏的输出波长,达到了改进温度补偿方法的目的。(4)针对传感器压力灵敏度随温度出现非线性变换的特点,建立了多元回归分析模型,在对其进行了线性化处理的基础上,使用python3.6对线性化后的模型进行了求解,实现了对所有测试数据,预测压力绝对误差全部小于0.5Mpa的检测效果。
滕雷[10](2020)在《基于光纤布里渊动态光栅的流体静压强/盐度分布式测量技术研究》文中研究指明目前,分布式布里渊光纤传感技术已广泛应用于公路、桥梁、隧道和油气管道等大型基础设施的结构健康监测领域。但是受限于传感器原理,传统的分布式布里渊光纤传感技术只能测量温度和应变信息。为了满足不断衍生出的实际测量需求,本论文提出基于光纤布里渊动态光栅的流体静压强/盐度分布式测量技术。该技术基于光纤的相双折射对流体静压强或盐度的敏感性,利用布里渊动态光栅测量光纤相双折射变化,从而实现对静压强/盐度的分布式测量。首先,本论文开展了布里渊动态光栅的理论研究,理论分析了影响传感性能的诸多因素,为优化实验系统参数、提高测量精度和传感距离提供理论支撑。本论文以布里渊增强型四波混频为理论模型,描述了布里渊动态光栅激发和读取过程。通过求解耦合波方程,数值分析探测光功率对光栅反射谱的影响,结果表明:提高探测光功率会降低反射率、展宽反射谱,降低信噪比和测量精度;研究了泵浦抽空效应对传感距离的限制,表明连续泵浦光会引起泵浦抽空效应,限制传感距离。因此,为了提升传感距离,应该采用脉冲泵浦光激发布里渊动态光栅。该内容为进一步优化系统、提高测量精度提供理论支撑。进而,针对相关学者对布里渊动态光栅能否测量相双折射仍存在争议的问题,开展了布里渊动态光栅测量相双折射的验证性研究工作。首先,基于有限元分析方法开展了保偏光纤相双折射和群双折射的理论分析,明确了保偏光纤(特别是形状型保偏光纤)具有的相双折射与群双折射差异性。然后,利用Sagnac干涉仪测量保偏光纤的群双折射,结果与理论模型得到的群双折射相符,证明了理论模型的正确性。最后,利用布里渊动态光栅测量光纤双折射,实验结果与理论模型得到的相双折射值吻合,证实了布里渊动态光栅测量光纤相双折射的能力。该研究内容为通过布里渊动态光栅测量相双折射,实现流体静压强/盐度分布式传感提供了理论依据。基于上述研究,本论文开展了基于光纤布里渊动态光栅的流体静压强分布式测量技术研究。首先,建立流体静压强调制光纤相双折射的有限元分析模型,分析了流体静压强与双折射频移的关系,仿真对比了不同保偏光纤对静压强的灵敏度。结果表明:双折射频移的静压强灵敏度比布里渊频移的静压强灵敏度至少提高100倍,保偏光子晶体光纤的静压强灵敏度比熊猫光纤的静压强灵敏度至少提高两倍。然后,以保偏光子晶体光纤为传感光纤,开展了基于光纤布里渊动态光栅的流体静压强分布式测量实验,实现在1.05Mpa的测量范围内,测量灵敏度为199 MHz/MPa,测量精度为0.03 MPa的流体静压强分布式测量。为了解决流体静压强测量中存在的温度串扰问题,提出了以布里渊光时域分析仪(BOTDA)辅助补偿温度串扰的静压强测量方法,实现温度无关型静压强分布式测量。该方法不增加系统复杂度,利用BOTDA测量光纤布里渊频移变化以解调温度变化,利用温度与双折射频移的关系补偿温度对双折射频移的影响。所述方法解决了流体静压强分布式测量系统温度交叉串扰的问题,且可以应用于本文提出的盐度分布式测量技术。最后,本文提出了一种基于光纤布里渊动态光栅的盐度分布式测量技术。该技术以聚酰亚胺涂覆层保偏光子晶体光纤为传感光纤,基于盐度变化引起聚酰亚胺涂层溶胀,进而调制光纤的相双折射这一特性。首先建立盐度调制光纤相双折射理论模型,获得了盐度对光纤相双折射的影响规律。然后,进行基于布里渊动态光栅的光纤盐度分布式测量实验,证明了该实验系统具有盐度分布式测量能力,并具有良好的重复性和温度串扰补偿能力。实现了最大测量灵敏度为139.6 MHz/(mol/L),最大测量精度为0.072 mol/L的盐度分布式测量。综上所述,本论文提出基于光纤布里渊动态光栅的流体静压强/盐度分布式测量技术,有效扩展了布里渊光纤传感技术的应用领域,为光纤分布式传感技术的工程应用提供指导。
二、传感技术在压力测量中的运用(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、传感技术在压力测量中的运用(论文提纲范文)
(1)基于光纤传感技术的轨道交通工程监测技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 轨道交通工程监测研究现状 |
1.2.2 光纤传感技术的研究应用现状 |
1.3 本文研究基本内容 |
1.3.1 主要研究内容 |
1.3.2 研究技术路线 |
第二章 光纤传感监测技术原理及其保护技术 |
2.1 光纤传感技术 |
2.1.1 光纤结构及导光原理 |
2.1.2 全分布式光纤(BOTDA)传感技术原理 |
2.1.3 准分布式光纤光栅(FBG)传感技术原理 |
2.1.4 光纤传感信号解调系统技术参数及其使用方法 |
2.2 基于光纤传感技术的传感器封装技术 |
2.2.1 全分布式光纤传感器封装技术 |
2.2.2 准分布式光栅传感器的封装开发技术 |
2.3 低温敏光纤光栅传感器的特殊封装方式及研发 |
2.4 全分布式光纤传感器温度传感特性研究 |
2.5 低温敏光栅传感器应变和温度传感特性研究 |
2.5.1 低温敏光栅应变传感特性 |
2.5.2 低温敏光栅温度传感特性 |
2.6 基于光纤传感技术的传感器的安装与保护方式研究 |
2.6.1 传感器的布设安装方式 |
2.6.2 传感器的保护 |
2.7 本章小结 |
第三章 基于光纤传感技术(BOTDA)的桩体深层水平位移监测技术研究 |
3.1 基于BOTDA技术的桩体深层水平位移监测原理 |
3.1.1 基于BOTDA技术的倾角法位移计算原理 |
3.1.2 U型回路位移监测原理 |
3.2 基于BOTDA技术的桩体水平位移监测实验验证 |
3.2.1 实验材料 |
3.2.2 实验过程 |
3.2.3 实验结果分析 |
3.3 基于BOTDA技术的桩体水平位移监测现场布设方法 |
3.3.1 单U型回路全分布式光纤传感器在钻孔灌注桩中的现场布设方法 |
3.3.2 多U型回路全分布式光纤传感器在钻孔灌注桩中的布设方法 |
3.4 本章小结 |
第四章 基于光纤传感技术(BOTDA、FBG)的砼支撑受力变形监测技术研究 |
4.1 砼支撑受力模型简化求解 |
4.1.1 支撑模型概化 |
4.1.2 计算公式推导 |
4.1.3 结论分析 |
4.2 基于BOTDA、FBG传感技术的砼支撑受力监测布设方法 |
4.2.1 全分布式光纤传感器(BOTDA)在砼支撑中的布设 |
4.2.2 基于低温敏光栅传感器(FBG)的砼支撑中的布设 |
4.3 本章小结 |
第五章 基于光纤传感技术(BOTDA)的盾构隧道管片变形监测技术研究 |
5.1 基于BOTRDA传感技术的盾构隧道管片结构变形监测原理 |
5.1.1 Z型布设盾构隧道管片结构变形监测原理 |
5.1.2 菱型布设盾构隧道管片结构变形监测原理 |
5.2 基于菱型布设方法的位移理论计算公式推导 |
5.2.1 K值计算法 |
5.2.2 应变分解η法 |
5.2.3 应变分解λ法 |
5.3 菱形布设方法的实验验证 |
5.3.1 实验材料 |
5.3.2 实验过程 |
5.3.3 实验结果分析 |
5.4 基于BOTDA技术的管片结构变形位移监测菱型布设方法 |
5.5 本章小结 |
第六章 基于光纤传感监测技术的工程应用 |
6.1 工程背景介绍 |
6.1.1 金华市义乌市覃塘站 |
6.1.2 金华市八一南街站 |
6.1.3 金华市万达广场-大堰河街盾构区间 |
6.2 传感器现场实际的布设保护 |
6.3 基于光纤传感技术(BOTDA)的桩体深层水平位移监测结果 |
6.3.1 金华市义乌市覃塘站 |
6.3.2 金华市八一南街站 |
6.4 基于光纤传感技术(BOTDA、FBG)的砼支撑受力变形监测结果 |
6.4.1 金华市义乌市覃塘站 |
6.4.2 金华市八一南街站 |
6.5 基于光纤传感技术(BOTDA)的盾构隧道管片变形监测结果 |
6.6 本章小结 |
第七章 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
7.3 主要创新点 |
参考文献 |
致谢 |
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
(2)基于光纤感测的采动覆岩变形演化特征试验研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
变量注释表 |
1 绪论 |
1.1 选题背景及研究意义 |
1.1.1 选题背景 |
1.1.2 研究意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 采动覆岩结构演化及分带理论研究现状 |
1.2.2 采动覆岩破坏及矿压规律研究现状 |
1.2.3 关键层理论及判别方法研究现状 |
1.2.4 岩体变形监测技术的发展 |
1.2.5 光纤传感技术研究现状 |
1.3 研究内容 |
1.4 研究方法及技术路线 |
1.4.1 研究方法 |
1.4.2 技术路线图 |
2 采动上覆岩体运移规律及光纤感测理论基础 |
2.1 采动覆岩结构特征及其演化规律 |
2.1.1 不同开采阶段采动岩体结构演化特征 |
2.1.2 采动岩体垂直分带理论及光纤感测机制 |
2.2 采动覆岩关键层光纤感测判定理论基础 |
2.2.1 现有关键层判别方法 |
2.2.2 关键层失稳破坏方式 |
2.2.3 光纤感测关键层判别机理 |
2.3 本文研究地质条件采动岩体活动及矿压规律 |
2.3.1 大倾角煤层开采顶板活动及应力分布规律 |
2.3.2 浅埋特厚煤层开采顶板来压与裂隙带发育规律 |
2.4 本章小节 |
3 光纤传感变形测试理论及与相似岩体耦合性分析 |
3.1 光纤传感监测基础原理及关键参数 |
3.1.1 布里渊光时域分析技术(BOTDA) |
3.1.2 影响测量效果的技术参数 |
3.1.3 岩体变形光纤感测应用关键技术 |
3.2 基于光纤频移变化度的覆岩变形表征 |
3.3 采动岩体与光纤耦合关系及受力分析 |
3.3.1 岩体-光纤界面力学行为 |
3.3.2 耦合变形过程光纤受力理论分析 |
3.3.3 岩体-光纤耦合性定量化分析 |
3.3.4 采动岩体变形演化光纤感测阶段特性与垂直分带 |
3.4 顶板来压过程应变增量表征及统计检验 |
3.5 基于光纤感测的采动岩体关键层判定 |
3.6 光纤感测结构体应力状态分析 |
3.6.1 梁结构弯曲变形理论 |
3.6.2 试验传感器布置方式 |
3.6.4 分布式光纤感测应力状态分析 |
3.6.5 光纤感测应力ANSYS模拟分析 |
3.6.6 FBG感测应力状态分析 |
3.7 本章小结 |
4 光纤感测的大倾角煤层覆岩活动规律模型试验研究 |
4.1 大倾角煤层开采覆岩结构特征分析 |
4.1.1 顶板空间结构特征 |
4.1.2 顶板倾向力学模型 |
4.2 顶板变形特征光纤感测模型试验 |
4.2.1 地质资料及模型概况 |
4.2.2 模型铺装过程及主要测试系统 |
4.2.3 大倾角煤层开采采场围岩运移特征 |
4.2.4 大倾角煤层开采采场围岩应力演化规律 |
4.3 顶板变形光纤感测试验结果分析 |
4.4 顶板活动规律内在机理分析 |
4.4.1 顶板微观变形光纤传感响应 |
4.4.2 顶板宏观离层检测 |
4.4.3 基于ASI分析的顶板倾向来压表征 |
4.4.4 光纤感测顶板非对称变形规律 |
4.5 基于耦合性分析的顶板倾向垂直分带划分 |
4.6 本章小结 |
5 光纤感测的浅埋煤层工作面来压与覆岩分带表征试验研究 |
5.1 浅埋煤层开采的一般性规律 |
5.1.1 浅埋煤层关键层分类及特征 |
5.1.2 浅埋煤层开采导水裂隙带发育规律 |
5.2 研究矿区地质条件及工程背景 |
5.2.1 顶板岩性参数 |
5.2.2 顶板关键层判别 |
5.3 相似模型建立与光纤传感系统布置 |
5.3.1 物理相似模型概况 |
5.3.2 模型监测系统 |
5.4 浅埋特厚煤层开采覆岩运移特征 |
5.6 覆岩变形与来压过程光纤传感监测分析 |
5.6.1 模型内部温度变化 |
5.6.2 关键层变形与来压过程FBG监测分析 |
5.6.3 基于FBG检测的超前支承压力分布 |
5.6.4 基于BOTDA检测的超前支承压力分布 |
5.6.5 采动覆岩变形BOTDA监测结果分析 |
5.7 基于光纤-岩体耦合性分析的顶板来压与覆岩垂直分带表征 |
5.7.1 浅埋煤层开采光纤-岩体耦合关系模型 |
5.7.2 基于耦合系数修正的顶板来压特征ASI分析 |
5.7.3 基于BOTDA感测的覆岩垂直分带表征 |
5.8 本章小结 |
6 本文研究矿区矿压监测数据综合对比分析 |
6.1 引言 |
6.2 大柳塔矿52304工作面矿压观测方案 |
6.3 大柳塔矿52304工作面矿压观测结果 |
6.4 枣泉煤矿 120210 工作面矿压观测 |
6.5 本章小结 |
7 结论 |
7.1 主要结论 |
7.2 创新点 |
7.3 展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 |
攻读博士期间发表论文 |
攻读博士期间获取专利 |
攻读博士期间参加学术会议 |
攻读博士期间参加项目 |
(3)空芯光纤微腔干涉型高温高压传感技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 高温高压传感的应用需求 |
1.2 常用的高温高压传感技术 |
1.2.1 高温传感技术 |
1.2.2 高压传感技术 |
1.3 光纤高温高压传感技术研究现状 |
1.3.1 光纤高温传感研究现状 |
1.3.2 光纤高压传感研究现状 |
1.4 空芯光纤在高温高压传感领域的优势 |
1.4.1 空芯光纤的发展历程 |
1.4.2 空芯光纤在高温高压传感中的优势 |
1.5 本论文主要研究内容 |
第2章 光纤微腔干涉原理与信号解调技术 |
2.1 光纤白光干涉仪结构与原理 |
2.1.1 光纤法布里-珀罗干涉仪(FPI) |
2.1.2 光纤马赫-增德尔干涉仪(MZI) |
2.2 光纤白光干涉波长解调方法 |
2.2.1 波长解调基本原理 |
2.2.2 探测极限、灵敏度、信噪比和Q因子分析 |
2.3 光纤白光干涉相位解调方法 |
2.3.1 信号的产生与获取 |
2.3.2 相位解调基本原理 |
2.3.3 傅里叶变换相位法 |
2.3.4 傅里叶变换主频法 |
2.3.5 波数域傅里叶变换相位法 |
2.3.6 相移测量法 |
2.3.7 步进相移测量法 |
2.4 光纤激光干涉动态信号解调方法 |
2.4.1 光纤激光干涉传感原理 |
2.4.2 光纤激光干涉解调方法 |
2.5 小结 |
第3章 空芯光纤微腔干涉仪制备技术 |
3.1 空芯光纤结构和导光机理 |
3.1.1 空芯光子带隙光纤 |
3.1.2 反谐振型空芯光纤 |
3.2 空芯光纤电弧放电热熔接技术 |
3.2.1 空芯光子带隙光纤与单模光纤的低损耗熔接 |
3.2.2 反谐振空芯光纤与单模光纤的低损耗熔接 |
3.3 空芯光纤微腔干涉仪制备技术 |
3.3.1 空芯光纤微腔MZI的制备 |
3.3.2 空芯光纤微腔FPI的制备 |
3.3.3 空芯光纤复合微腔FPI的制备 |
3.3.4 光纤端面薄膜微腔FPI的制备 |
3.4 空芯光纤侧边微通道阵列制备技术 |
3.4.1 飞秒激光微加工技术 |
3.4.2 空芯光子带隙光纤侧边微通道阵列的制备 |
3.5 小结 |
第4章 空芯光纤微腔干涉型高温传感技术 |
4.1 高温传感原理与优势 |
4.1.1 传感结构与原理 |
4.1.2 石英材料的热光效应与热膨胀效应 |
4.1.3 纯石英材料的高温特性 |
4.1.4 光学游标效应增敏技术 |
4.2 空芯光纤微腔MZI高温传感器 |
4.2.1 空芯光纤微腔MZI结构设计 |
4.2.2 传感器结构与参数优化 |
4.2.3 高温响应测试 |
4.2.4 高温特性分析 |
4.3 探针式微腔FPI高温传感器 |
4.3.1 探针式FPI制备 |
4.3.2 结构优化 |
4.3.3 高温响应测试 |
4.3.4 高温特性分析 |
4.4 小结 |
第5章 空芯光纤微腔干涉型高压传感技术 |
5.1 气体折射率调制型气压传感机理与优势 |
5.2 空芯光纤微腔FPI高压传感技术 |
5.2.1 空芯光纤微腔FPI的结构设计 |
5.2.2 空芯光纤微腔FPI的制备 |
5.2.3 传感器结构与参数优化 |
5.2.4 气压传感响应测试与耐高温特性测试 |
5.3 相位解调型超长微腔FPI高灵敏度气压传感技术 |
5.3.1 相位解调原理 |
5.3.2 空芯光纤超长微腔FPI的设计与器件制备 |
5.3.3 压力响应测试 |
5.4 小结 |
第6章 空芯光纤复合微腔高温高压一体化传感技术 |
6.1 空芯光纤复合微腔高温高压一体化传感原理 |
6.2 光纤复合微腔干涉仪传感器的制备与光谱表征 |
6.2.1 空芯光纤复合微腔干涉仪的制备 |
6.2.2 频谱分析与信噪比优化 |
6.2.3 复合微腔干涉光谱的分离与提取 |
6.3 高温高压传感测试与解调 |
6.3.1 高温高压一体化测试系统的搭建 |
6.3.2 高温高压测试与解调 |
6.3.3 高温高压一体化测试与解调 |
6.4 小结 |
第7章 空芯光纤开放微腔动态压力传感技术 |
7.1 光纤白光干涉动态测量方法 |
7.2 激光干涉动态测量技术 |
7.3 动态压力响应测试 |
7.3.1 传感器件制备 |
7.3.2 气压响应速度测试与评估 |
7.3.3 声压响应测试 |
7.4 小结 |
第8章 总结与展望 |
8.1 论文总结 |
8.2 论文创新 |
8.3 工作展望 |
参考文献 |
指导老师对研究生学位论文的学术评语 |
答辩决议委员会决议书 |
致谢 |
攻读博士学位期间的研究成果 |
附件 |
(4)基于MOEMS压力传感技术的血流储备分数测量系统研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 FFR测量技术比较 |
1.3 FFR在冠状动脉狭窄病变中的应用 |
1.4 基于压力传感技术测量FFR的发展现状 |
1.5 本论文主要研究内容 |
第2章 基于MOEMS的 F-P光纤压力传感技术及应用 |
2.1 MOEMS介绍 |
2.2 F-P光纤传感器介绍 |
2.2.1 光纤传感器简介 |
2.2.2 F-P光纤压力传感器 |
2.2.3 最简F-P光纤压力传感系统 |
2.3 基于MOEMS的 F-P光纤压力传感器在生物医学中的应用 |
2.3.1 基于MOEMS的 F-P光纤压力传感器在医疗领域的应用 |
2.3.2 基于MOEMS的 F-P光纤压力传感器在人体压力测量中的应用 |
2.3.3 基于MOEMS的 F-P光纤压力传感器在FFR测量中的应用 |
第3章 基于MOEMS的 F-P光纤压力传感系统 |
3.1 引言 |
3.2 F-P光纤压力传感原理 |
3.3 微压力标定和测试系统 |
3.3.1 微压力标定装置的设计与加工 |
3.3.2 微压力测试系统性能验证 |
3.3.3 微压力标定装置密封性验证 |
3.4 F-P光纤压力传感系统性能测试 |
3.4.1 干涉光谱测试系统 |
3.4.2 压力的标定及验证 |
3.4.3 干涉光谱分析 |
3.5 F-P光纤压力传感解调方案 |
3.5.1 低相干干涉法解调 |
3.5.2 傅里叶变换法 |
3.5.3 解调试验验证 |
3.6 本章小结 |
第4章 基于等离激元的光纤压力传感器的设计与模拟 |
4.1 引言 |
4.2 基于等离激元的光纤压力传感器结构 |
4.3 压力传感特性仿真 |
4.3.1 空气间隔调控下的表面等离激元晶格共振谱学特性 |
4.3.2 品质因数及共振峰的变化规律 |
4.3.3 SLRs结构谐振波长的传感特性 |
4.4 光谱近场及局域场增强 |
4.5 SLRs结构几何参数的调节分析 |
4.6 本章小结 |
第5章 总结与展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
(5)基于光学捷变频技术的高性能快速分布式光纤传感研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
1.1.1 课题背景 |
1.1.2 研究的目的与意义 |
1.2 高性能分布式光纤传感技术研究进展 |
1.2.1 快速BOTDA系统研究现状 |
1.2.2 长距离BOTDA系统研究现状 |
1.2.3 单端快速BOTDR系统研究现状 |
1.2.4 高灵敏度phase-OTDR系统研究现状 |
1.2.5 高性能分布式光纤传感研究现状分析 |
1.3 本文的主要研究内容 |
第2章 基于压缩感知技术的快速BOTDA传感研究 |
2.1 引言 |
2.2 受激布里渊散射的理论研究 |
2.2.1 基于MZ电光调制器的光学频率调制技术 |
2.2.2 受激布里渊散射耦合波方程 |
2.3 压缩感知技术在BOTDA系统中的应用 |
2.3.1 压缩感知技术 |
2.3.2 主成分分析算法 |
2.3.3 布里渊增益谱的压缩采样 |
2.3.4 基于光学捷变频技术的快速BOTDA实验装置 |
2.3.5 压缩采样实验结果和分析 |
2.4 本章小结 |
第3章 基于光学啁啾链技术的长距离快速BOTDA传感研究 |
3.1 引言 |
3.2 长距离快速BOTDA传感方案及仿真研究 |
3.2.1 长距离快速BOTDA传感方案 |
3.2.2 基于光学啁啾链技术的布里渊衰减谱数值仿真 |
3.3 长距离快速快速分布式温度传感研究 |
3.3.1 实验装置 |
3.3.2 实验结果和分析 |
3.4 高精度长距离快速分布式温度传感研究 |
3.4.1 实验装置 |
3.4.2 基于模式识别算法的布里渊频移解调 |
3.4.3 实验结果和分析 |
3.5 本章小结 |
第4章 基于光学频率调制的单端快速BOTDR传感研究 |
4.1 引言 |
4.2 自发布里渊散射理论研究 |
4.2.1 自发布里渊散射 |
4.2.2 自发布里渊散射的数值分析 |
4.3 基于光学频率扫描的单端快速BOTDR系统研究 |
4.3.1 传感方案 |
4.3.2 实验装置 |
4.3.3 实验结果和分析 |
4.4 基于光学啁啾链调制的单端快速BOTDR系统研究 |
4.4.1 传感方案 |
4.4.2 实验装置 |
4.4.3 实验结果和分析 |
4.5 本章小结 |
第5章 基于瑞利和布里渊散射的高灵敏度快速光纤传感技术研究 |
5.1 引言 |
5.2 基于扫频脉冲方案的phase-OTDR系统理论研究 |
5.2.1 瑞利散射 |
5.2.2 直接探测phase-OTDR一维脉冲响应模型 |
5.3 瑞利和布里渊双机制传感系统研究 |
5.3.1 传感方案 |
5.3.2 实验装置 |
5.3.3 实验结果及分析 |
5.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
个人简历 |
(6)基于频移干涉光纤腔衰荡技术的压力/应力传感方法研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及研究意义 |
1.2 光纤腔衰荡压力/应力传感技术的国内外研究现状 |
1.2.1 传统光纤腔衰荡单点压力/应力传感技术的研究现状 |
1.2.2 传统光纤腔衰荡多点压力/应力传感技术的研究现状 |
1.3 频移干涉光纤腔衰荡传感技术的研究现状 |
1.4 本文主要研究内容 |
第2章 频移干涉光纤腔衰荡传感技术的基本理论 |
2.1 引言 |
2.2 光纤腔衰荡传感技术的基本理论 |
2.3 频移干涉技术的基本理论 |
2.4 频移干涉光纤腔衰荡传感技术的基本理论 |
2.5 本章小结 |
第3章 频移干涉光纤腔衰荡压力传感方法研究 |
3.1 引言 |
3.2 频移干涉光纤腔衰荡压力传感基本理论 |
3.3 频移干涉光纤腔衰荡单点压力传感实验研究 |
3.3.1 单点压力传感实验光路设计 |
3.3.2 基于LABVIEW的数据采集系统设计 |
3.3.3 单点压力检测实验结果与分析 |
3.3.4 系统的稳定性与重复性测试 |
3.4 频移干涉光纤腔衰荡多点压力传感实验研究 |
3.4.1 多点压力传感实验光路设计 |
3.4.2 多点压力检测实验结果与分析 |
3.4.4 系统的稳定性与重复性测试 |
3.5 本章小结 |
第4章 频移干涉光纤腔衰荡应力传感方法研究 |
4.1 引言 |
4.2 频移干涉光纤腔衰荡应力传感理论 |
4.3 频移干涉光纤腔衰荡单点应力传感实验研究 |
4.3.1 单点应力传感实验光路设计 |
4.3.2 单点应力测量结果与分析 |
4.3.3 系统的稳定性与重复性测 |
4.4 频移干涉光纤腔衰荡多点应力传感实验研究 |
4.4.1 多点应力传感实验光路设计 |
4.4.2 多点应力测量结果与分析 |
4.4.3 系统的稳定性与重复性测试 |
4.5 本章小结 |
第5章 总结与展望 |
5.1 总结 |
5.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士期间发表的论文和参与的项目 |
发表的论文 |
参与的项目 |
(7)新型高精度光纤光栅应变传感技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 光纤传感技术概述 |
1.3 光纤应变传感技术国内外研究现状 |
1.3.1 干涉型光纤应变传感器 |
1.3.2 光纤背向散射型应变传感器 |
1.3.3 光纤光栅型应变传感器 |
1.4 新型光纤光栅矢量应变传感器 |
1.5 论文研究内容和创新点 |
1.6 论文结构 |
第二章 FBG理论及制备方法 |
2.1 FBG耦合模理论 |
2.1.1 Bragg谐振条件 |
2.1.2 FBG耦合模理论 |
2.1.3 FBG反射率 |
2.1.4 FBG带宽 |
2.1.5 切趾FBG |
2.2 FBG的制备机理 |
2.2.1 光纤光敏特性 |
2.2.2 提高光纤的光敏性 |
2.2.3 飞秒激光制备FBG的机理 |
2.2.4 飞秒激光FBG折射率调制类型 |
2.3 FBG刻写方法 |
2.3.1 基于飞秒激光逐点法的FBG刻写技术 |
2.3.2 基于相位掩模板的FBG刻写技术 |
2.4 实验室制备FBG系统 |
2.4.1 实验平台 |
2.4.2 相位掩模板刻写FBG实验装置 |
2.5 本章小结 |
第三章 基于少模FBG的弯曲(位移)传感器 |
3.1 少模FBG的制备及机理 |
3.1.1 少模光纤的种类 |
3.1.2 少模FBG的制备 |
3.1.3 传感器弯曲应变响应机理和FMF模式耦合 |
3.2 基于四模FBG的方向性识别弯曲(位移)传感器 |
3.2.1 四模对芯FBG的制备 |
3.2.2 弯曲(位移)及温度响应测量 |
3.3 基于两模离轴FBG的方向性识别弯曲(位移)传感器 |
3.3.1 两模离轴FBG的制备 |
3.3.2 弯曲(位移)及温度响应测量 |
3.4 本章小结 |
第四章 光纤熔接点集成双FBG的高温应变传感器 |
4.1 熔接点集成双FBG的制备及机理 |
4.2 FBG温度应变响应机理 |
4.2.1 FBG温度传感特性 |
4.2.2 FBG轴向应变传感特性 |
4.2.3 FBG温度和应变双参量测量原理 |
4.3 熔接点集成双FBG的温度及应变传感特性实验研究 |
4.4 本章小结 |
第五章 FBG压力传感器的封装结构设计及优化 |
5.1 膜片式FBG压力传感器的结构设计方案 |
5.1.1 膜片式FBG压力传感器的基本结构 |
5.1.2 高精度FBG压力传感器的关键技术指标 |
5.1.3 压力传感器封装结构设计方案 |
5.2 传感器膜片(受力面)的分析及结构优化制作 |
5.2.1 膜片(受力面)失效模式计算及模拟 |
5.2.2 封装结构优化 |
5.2.3 传感器的结构封装 |
5.3 压力响应测试及分析 |
5.4 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 问题和挑战 |
6.3 工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读博士学位期间取得的科研成果 |
作者简介 |
(8)光纤光栅高温传感器与光纤微腔干涉仪高压传感器的研制及应用(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究背景及意义 |
1.2 高温高压一体化光纤传感技术的研究现状 |
1.2.1 高温传感器研究现状 |
1.2.2 高压传感器研究现状 |
1.2.3 高温高压一体化光纤传感器研究现状 |
1.3 本文主要的研究内容 |
第2章 基于光纤光栅与光纤微腔干涉仪的高温高压传感原理 |
2.1 基于光纤布拉格光栅的温度测量原理及解调方法 |
2.2 基于光纤微腔干涉仪的压力测量原理及解调方法 |
2.3 基于级联FBG-FPI的高温压力一体化测量原理及解调方法 |
2.4 本章小结 |
第3章 光纤光栅高温传感器的制备及测试 |
3.1 飞秒激光逐点法制备光纤布拉格光栅 |
3.2 光纤布拉格光栅的高温传感特性测试 |
3.2.1 光纤布拉格光栅的退火与淬火工艺 |
3.2.2 光纤布拉格光栅的高温特性测试 |
3.2.3 光纤布拉格光栅的温度响应速度 |
3.3 光纤布拉格光栅在强电磁感应环境下的测温应用 |
3.4 本章小结 |
第4章 光纤微腔干涉仪高压传感器的制备及测试 |
4.1 基于纯石英薄膜的光纤端面微腔干涉仪的制备 |
4.2 光纤端面微腔干涉仪高压传感器的液压测试 |
4.3 光纤端面微腔干涉仪高压传感器的压力响应特性分析 |
4.4 本章小结 |
第5章 高温高压一体化测量光纤传感器的制备与测试 |
5.1 高温高压一体化测量光纤传感器的制备 |
5.1.1 高温高压一体化测量光纤传感器的设计 |
5.1.2 高温高压一体化测量光纤传感器的制备 |
5.1.3 高温高压一体化测量光纤传感器的封装 |
5.2 高温高压测试系统 |
5.2.1 高温高压一体测试系统的设计 |
5.2.2 高温高压一体化测试系统的搭建 |
5.3 高温高压一体化传感测试 |
5.3.1 高温高压一体化传感器高温和高压测试的设计 |
5.3.2 高温高压一体化传感器对温度和压力的响应 |
5.4 高温高压交叉敏感问题的分析与解决 |
5.5 本章小结 |
第6章 总结和展望 |
6.1 总结 |
6.2 本论文的创新点 |
6.3 展望 |
参考文献 |
深圳大学指导教师对研究生学位论文的学术评语 |
深圳大学研究生学位(毕业)论文答辩委员会决议书 |
致谢 |
攻读硕士期间的研究成果 |
(9)基于光纤光栅的高温固体压力传感技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
1.绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 弹药安全检测国内外研究现状 |
1.2.2 光纤光栅传感研究现状 |
1.3 现存的主要问题 |
1.4 论文研究内容及框架结构 |
2.光纤布拉格光栅传感特性及其温度补偿技术 |
2.1 光纤光栅的特性分析 |
2.2 温度和应变对光栅反射波长的影响规律 |
2.2.1 温度对光栅中心波长的影响规律 |
2.2.2 应变对光栅中心波长的影响规律 |
2.2.3 温度应变共同作用下光栅输出特性 |
2.3 压力传感器模型的建立 |
2.4 光栅压力传感器温度补偿方法 |
2.5 本章小结 |
3.光纤Bragg光栅传感器结构设计与分析 |
3.1 光纤Bragg光栅压力传感器设计 |
3.1.1 封装材料的选择 |
3.1.2 传感器结构参数的确定 |
3.1.3 实验标定结果及分析 |
3.2 光栅压力传感的温度补偿技术 |
3.2.1 温度补偿方法的实现 |
3.2.2 温度补偿效果的优化 |
3.3 高温下的压力传感特性 |
3.3.1 传感器模型高温下受压的有限元仿真的压力灵敏度 |
3.3.2 高温压力标定实验 |
3.4 本章小结 |
4.基于信号处理的光纤光栅压力传感器性能改进研究 |
4.1 基于希尔伯特-黄变换的光纤光栅传感性能改进 |
4.1.1 希尔伯特-黄变换基本原理 |
4.1.2 实验环境介绍 |
4.1.3 改进前后结果分析 |
4.2 基于极限学习机的光栅压力传感器温度补偿方法改进研究 |
4.2.1 极限学习机理论 |
4.2.2 极限学习机建模方法 |
4.2.3 实验结果与分析 |
4.3 基于多元回归分析的光纤光栅高温压力传感器压力输出预测 |
4.3.1 多元回归分析理论 |
4.3.2 压力检测结果线性回归模型的建立及求解 |
4.3.3 实验数据分析 |
4.4 光纤光栅压力传感器的高温压力检测的综合改进 |
4.5 本章小结 |
5.总结与展望 |
5.1 论文主要工作 |
5.2 创新点 |
5.3 工作展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文及所取得的研究成果 |
致谢 |
(10)基于光纤布里渊动态光栅的流体静压强/盐度分布式测量技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及研究目的和意义 |
1.1.1 光纤分布式传感器的研究意义 |
1.1.2 光纤流体静压强/盐度分布式测量技术的需求分析 |
1.1.3 课题研究目的简述 |
1.2 光纤布里渊动态光栅分布式测量技术研究现状 |
1.2.1 布里渊动态光栅研究历程 |
1.2.2 布里渊动态光栅分布式测量的研究现状 |
1.3 光纤流体静压强/盐度测量研究现状 |
1.3.1 光纤流体静压强测量技术研究现状 |
1.3.2 光纤溶液盐度测量技术研究现状 |
1.3.3 传统静压强/盐度测量技术研究现状总结 |
1.4 本文的主要研究内容 |
第2章 光纤中布里渊动态光栅理论研究 |
2.1 引言 |
2.2 受激布里渊散射与布里渊动态光栅产生机理 |
2.3 光纤布里渊动态光栅特性分析 |
2.3.1 相位匹配条件 |
2.3.2 布里渊增强四波混频模型 |
2.3.3 探测光对布里渊动态光栅反射谱的影响 |
2.3.4 泵浦抽空效应对测量距离的限制 |
2.4 本章小结 |
第3章 光纤相双折射和群双折射差异研究 |
3.1 引言 |
3.2 保偏光纤相双折射和群双折射的特性分析 |
3.2.1 相双折射和群双折射介绍 |
3.2.2 基于Sagnac干涉仪的光纤双折射测量技术 |
3.3 保偏光纤中相双折射和群双折射的理论分析 |
3.3.1 保偏光纤双折射的理论计算 |
3.3.2 布里渊动态光栅测量相双折射的理论依据 |
3.3.3 Sagnac干涉仪测量群双折射的理论依据 |
3.4 光纤相双折射和群双折射的实验测量 |
3.4.1 基于Sagnac干涉仪的光纤群双折射测量 |
3.4.2 基于布里渊动态光栅的光纤相双折射测量 |
3.4.3 实验结果的对比分析 |
3.5 本章小结 |
第4章 基于布里渊动态光栅的流体静压强分布式测量技术研究 |
4.1 引言 |
4.2 流体静压强分布式测量技术的理论分析 |
4.2.1 流体静压强对光纤布里渊频移的影响 |
4.2.2 流体静压强对光纤双折射频移的影响 |
4.3 基于布里渊动态光栅流体静压强分布式测量实验 |
4.3.1 实验装置 |
4.3.2 实验结果及分析 |
4.4 静压强分布测量系统温度串扰补偿技术 |
4.5 本章小结 |
第5章 基于布里渊动态光栅的盐度分布式测量技术研究 |
5.1 引言 |
5.2 基于溶胀材料光纤盐度传感器的理论分析 |
5.2.1 大分子聚合材料吸湿溶胀原理 |
5.2.2 聚酰亚胺材料溶胀特性 |
5.2.3 理论分析涂覆层溶胀对传感光纤的影响 |
5.3 基于布里渊动态光栅的光纤盐度分布式传感器 |
5.3.1 聚酰亚胺涂覆层传感光纤的制备 |
5.3.2 传感光纤及盐度测量过程介绍 |
5.3.3 传感光纤布里渊频移的特性分析 |
5.3.4 基于布里渊动态光栅的盐度分布式测量实验 |
5.3.5 系统重复性的验证及温度自补偿特性 |
5.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
个人简历 |
四、传感技术在压力测量中的运用(论文参考文献)
- [1]基于光纤传感技术的轨道交通工程监测技术研究[D]. 朱栋梁. 广西大学, 2021(12)
- [2]基于光纤感测的采动覆岩变形演化特征试验研究[D]. 杜文刚. 西安科技大学, 2020
- [3]空芯光纤微腔干涉型高温高压传感技术研究[D]. 张哲. 深圳大学, 2020(11)
- [4]基于MOEMS压力传感技术的血流储备分数测量系统研究[D]. 刘国泉. 中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院), 2020(07)
- [5]基于光学捷变频技术的高性能快速分布式光纤传感研究[D]. 王本章. 哈尔滨工业大学, 2020(01)
- [6]基于频移干涉光纤腔衰荡技术的压力/应力传感方法研究[D]. 陈泽浩. 湖北工业大学, 2020(08)
- [7]新型高精度光纤光栅应变传感技术研究[D]. 苏丹. 西北大学, 2020
- [8]光纤光栅高温传感器与光纤微腔干涉仪高压传感器的研制及应用[D]. 黄伟. 深圳大学, 2020(02)
- [9]基于光纤光栅的高温固体压力传感技术研究[D]. 郭红英. 中北大学, 2020(10)
- [10]基于光纤布里渊动态光栅的流体静压强/盐度分布式测量技术研究[D]. 滕雷. 哈尔滨工业大学, 2020(01)