應(yīng)用于能源領(lǐng)域的光纖光柵傳感器設(shè)計及其實驗研究.pdf

1、“科學(xué)技術(shù)是生產(chǎn)力,而且是第一生產(chǎn)力”,隨著科技的進(jìn)步,工業(yè)生產(chǎn)和日常生活越來越數(shù)字化、智能化?？茖W(xué)、準(zhǔn)確、實時的在線監(jiān)測正日益在工業(yè)生產(chǎn)和生活中發(fā)揮著重要作用。光纖傳感技術(shù)發(fā)源于20世紀(jì)后半葉,伴隨著激光技術(shù)和光纖通信技術(shù)的飛速發(fā)展,光纖傳感也進(jìn)入了發(fā)展的黃金時期。1978年Hill等人首次利用駐波法在摻鍺光纖中研制出世界上第一個永久性的光纖光柵——光纖布拉格光柵,光纖光柵傳感技術(shù)成為光纖傳感技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。與傳統(tǒng)的電子或機械

2、式傳感器相比,光纖布拉格光柵傳感器具有體積小、重量輕、抗電磁干擾、靈敏度高、耐腐蝕、可復(fù)用等優(yōu)點,適合在多種復(fù)雜條件下工作,具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　光纖布拉格光柵傳感器在能源領(lǐng)域的應(yīng)用有著其他類型傳感器無法比擬的優(yōu)勢,其具有的抗電磁干擾、耐腐蝕、無源器件等特性在礦井、油田、油罐、發(fā)電機組、輸變電站等有著廣泛的應(yīng)用。本文首先介紹了當(dāng)前國內(nèi)外光纖布拉格光柵的發(fā)展現(xiàn)狀,光纖布拉格光柵在能源領(lǐng)域的應(yīng)用情況。論述了光纖布拉格光柵的傳感原理

3、,介紹了幾種典型光纖布拉格光柵傳感器的封裝方式。以需求為牽引,在油罐液位測量的應(yīng)用背景下,研究了一種適用于大型油罐液位測量的光纖光柵液位傳感器;在發(fā)電機溫度測量的背景下,研究了一種適用于大型發(fā)電機組溫度測量的光纖布拉格光柵非金屬溫度傳感器。本文的主要工作有:
　　(1)研究了一種適用于大型油罐液位測量的光纖布拉格光柵液位傳感器結(jié)構(gòu),分析了其應(yīng)變傳導(dǎo)、溫度補償?shù)忍匦?。提出了一種能夠有效提高傳感器靈敏度同時消除光纖布拉格光柵對溫度和應(yīng)

4、變雙重敏感特性的封裝結(jié)構(gòu)。液位傳感器采用無膠化封裝技術(shù)解決了以往膠水封裝易老化而造成的零點漂移問題。通過壓力測試實驗,溫度補償實驗,設(shè)計的FBG液位傳感器具有高精度57.1pm/m(待測液體為純水),液位量程0-25m,液位分辨率可達(dá)20mm,溫度變化60℃,波長受溫度影響小于5pm。
　　(2)研究了一種適用于大型發(fā)電機組溫度測量的光纖布拉格光柵非金屬溫度傳感器,介紹了其傳感原理和封裝方式。使用ANSYS有限元分析軟件,對設(shè)計的