應(yīng)用于能源領(lǐng)域的光纖光柵傳感器設(shè)計(jì)及其實(shí)驗(yàn)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(lái)越數(shù)字化、智能化?？茖W(xué)、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的在線監(jiān)測(cè)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(shí)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(gè)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(gè)重要方向。與傳統(tǒng)的電子或機(jī)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(diǎn),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(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì),其具有的抗電磁干擾、耐腐蝕、無(wú)源器件等特性在礦井、油田、油罐、發(fā)電機(jī)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(guó)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(cè)量的應(yīng)用背景下,研究了一種適用于大型油罐液位測(cè)量的光纖光柵液位傳感器;在發(fā)電機(jī)溫度測(cè)量的背景下,研究了一種適用于大型發(fā)電機(jī)組溫度測(cè)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(cè)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(bǔ)償?shù)忍匦?。提出了一種能夠有效提高傳感器靈敏度同時(shí)消除光纖布拉格光柵對(duì)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(wú)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(diǎn)漂移問(wèn)題。通過(guò)壓力測(cè)試實(shí)驗(yàn),溫度補(bǔ)償實(shí)驗(yàn),設(shè)計(jì)的FBG液位傳感器具有高精度57.1pm/m(待測(cè)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(zhǎng)受溫度影響小于5pm。
　　(2)研究了一種適用于大型發(fā)電機(jī)組溫度測(cè)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(duì)設(shè)計(jì)的