基于多普勒效應(yīng)的光纖流體流速傳感器研究.pdf

1、流體流速參數(shù)是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中十分重要的參數(shù)指標(biāo)，對(duì)該參數(shù)的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)可以有效地提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。光纖流體流速傳感器與傳統(tǒng)流速傳感器相比具有測(cè)量精度高、動(dòng)態(tài)范圍大、本質(zhì)安全、抗電磁干擾等諸多優(yōu)點(diǎn)，能用于高溫高壓等惡劣工作環(huán)境下。本文開展了基于多普勒效應(yīng)的光纖流體流速傳感器的理論模型、光路結(jié)構(gòu)及信號(hào)處理的研究，研制了針對(duì)流體流速測(cè)量的光纖速度傳感器。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴依據(jù)光學(xué)多普勒效應(yīng)結(jié)合光相干信號(hào)檢測(cè)，建立了光纖多普勒速度

2、傳感理論分析模型，仿真分析了影響傳感系統(tǒng)性能的各種因素，為傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。⑵詳細(xì)地對(duì)比分析傳統(tǒng)激光多普勒測(cè)速光路結(jié)構(gòu)，開展了適合流體流速測(cè)量的傳感光路結(jié)構(gòu)理論分析、優(yōu)化與制作研究。提出了一種雙點(diǎn)測(cè)量光路結(jié)構(gòu)，并對(duì)其進(jìn)行了理論研究，研究表明在不增加光源和探測(cè)器的條件下，該結(jié)構(gòu)能有效地增強(qiáng)對(duì)多普勒散射光信號(hào)的收集。⑶依據(jù)光外差探測(cè)方法，研究了高速數(shù)據(jù)采集與計(jì)算機(jī)軟件相結(jié)合的多普勒頻移信號(hào)處理方法。依據(jù)快速傅里葉變換（FFT）方法，設(shè)計(jì)

3、了信號(hào)處理算法與測(cè)量控制軟件。⑷搭建了兩種速度測(cè)量實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，分別開展固體運(yùn)動(dòng)速度和流體流速測(cè)量實(shí)驗(yàn)，對(duì)測(cè)量精度、穩(wěn)定性、響應(yīng)時(shí)間等進(jìn)行研究。固體速度測(cè)量實(shí)驗(yàn)表明：測(cè)量均方誤差小于0.06，重復(fù)性誤差小于0.10m/s，響應(yīng)時(shí)間小于1.00秒，工作時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)測(cè)量系統(tǒng)性能沒有影響；流體速度測(cè)量實(shí)驗(yàn)表明：測(cè)量均方誤差約為0.05，重復(fù)性誤差約為0.10m/s。最后對(duì)測(cè)量產(chǎn)生誤差的原因做了詳盡分析，并對(duì)雙點(diǎn)測(cè)量光路結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了初步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。