本文關鍵詞：光纖振動傳感理論與實驗研究　出處：《華北電力大學(北京)》2017年博士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： 光纖傳感器 振動加速度傳感 強度調(diào)制 波長調(diào)制

【摘要】：振動檢測已廣泛應用于電氣設備、大型工程結構和基礎實施等的狀態(tài)監(jiān)測中,可實現(xiàn)對被監(jiān)測對象的健康狀態(tài)評估、故障預警與診斷等功能,具有重要的現(xiàn)實意義。與傳統(tǒng)的振動傳感器相比,光纖振動傳感器具有抗電磁干擾、電絕緣、耐腐蝕、易復用、易組網(wǎng)等特點,更適合在電力系統(tǒng)及其它環(huán)境惡劣的場合應用�，F(xiàn)有光纖振動傳感器存在帶寬窄、結構復雜的問題,所以,探索新的不同類型、不同結構的光纖振動傳感器非常必要。論文針對光纖振動傳感器存在的不足,分別提出并研制了新型波長調(diào)制型和強度調(diào)制型光纖振動傳感器。為了減小溫度對強度調(diào)制型傳感器的影響,論文設計并搭建了FBG波長解調(diào)系統(tǒng),并對傳感器結構進行了改進。論文首先對FBG傳感特性及振動傳感原理進行了分析,在此基礎上,采用光波和機械波耦合的原理提出并研制了鋁圓柱封裝的新型FBG振動傳感器,搭建了基于匹配光柵法的FBG波長解調(diào)系統(tǒng),測試了傳感器的性能,并通過對匹配FBG進行合理封裝,減小了溫度對傳感器的影響;然后,論文分析了光纖中光的模式和現(xiàn)有強度調(diào)制型光纖振動傳感器的原理,提出并研制了懸臂梁結構的強度調(diào)制型光纖振動傳感器,分析并實驗測試了懸臂梁的長度、寬度和厚度及光纖在懸臂梁下的位置對傳感器性能的影響,實驗測試了傳感器的穩(wěn)定性、線性特性和溫度特性。論文提出的兩種類型的傳感器采用了新的封裝結構,具有帶寬大、結構簡單的特點,但存在溫度穩(wěn)定性的問題。針對所設計的強度調(diào)制型振動傳感器的溫度穩(wěn)定性問題,論文提出了采用FBG測量環(huán)境溫度對振動進行溫度補償?shù)姆椒�。為了解調(diào)FBG的中心波長,論文設計并搭建了帶有F-P標準具校準功能的FBG波長解調(diào)系統(tǒng),F-P標準具的應用,提高了FBG波長解調(diào)的精度;論文對設計的強度調(diào)制型光纖振動傳感器結構進行了改進,與FBG波長解調(diào)系統(tǒng)相結合,設計并搭建了強度和波長同時解調(diào)的傳感系統(tǒng),實現(xiàn)了振動和溫度的同時測量及溫度對振動測量的補償。實驗測試了振動和溫度同時測量的相互影響、溫度補償?shù)男Ч罢駝訙y量的靈敏度。通過對傳感器進行改進,使振動測量的溫度穩(wěn)定性和靈敏度得到了明顯提高。
[Abstract]:Vibration detection has been widely used in the condition monitoring of electrical equipment, large engineering structure and foundation. It can realize the function of health state evaluation, fault warning and diagnosis of the monitored object. Compared with the traditional vibration sensors, optical fiber vibration sensors have the characteristics of anti-electromagnetic interference, electrical insulation, corrosion resistance, easy reuse, easy networking and so on. It is more suitable for applications in power systems and other harsh environment. The existing optical fiber vibration sensors have the problems of narrow width and complex structure, so we explore new types of vibration sensors. The fiber optic vibration sensor with different structure is very necessary. In order to reduce the influence of temperature on the intensity modulation sensor, the FBG wavelength demodulation system is designed and built. The structure of the sensor is improved. Firstly, the characteristics of FBG sensor and the principle of vibration sensing are analyzed. A novel FBG vibration sensor encapsulated by aluminum cylinder is proposed and developed by using the principle of optical and mechanical wave coupling. A FBG wavelength demodulation system based on matching grating method is built and the performance of the sensor is tested. The effect of temperature on the sensor is reduced by the reasonable encapsulation of matching FBG. Then, the paper analyzes the mode of light in the optical fiber and the principle of the existing intensity modulated optical fiber vibration sensor, and proposes and develops the intensity modulated optical fiber vibration sensor with cantilever structure. The effects of the length, width and thickness of the cantilever beam and the position of the optical fiber under the cantilever beam on the performance of the sensor are analyzed and experimentally tested. The stability of the sensor is tested. Linear and temperature characteristics. The two types of sensors proposed in this paper adopt a new packaging structure, which has the characteristics of large bandwidth and simple structure. However, there exists the problem of temperature stability, aiming at the temperature stability of the intensity modulated vibration sensor. In order to demodulate the central wavelength of FBG, this paper presents a method of temperature compensation by using FBG to measure ambient temperature. The paper designs and builds the FBG wavelength demodulation system with F-P standard calibration function and the application of F-P standard device, which improves the precision of FBG wavelength demodulation. In this paper, the structure of the intensity modulated fiber optic vibration sensor is improved, combined with the FBG wavelength demodulation system, and the sensing system of intensity and wavelength demodulation is designed and built. The simultaneous measurement of vibration and temperature and the compensation of temperature to vibration measurement are realized. The effect of temperature compensation and the sensitivity of vibration measurement are improved, and the temperature stability and sensitivity of vibration measurement are obviously improved by improving the sensor.
【學位授予單位】：華北電力大學(北京)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP212

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