基于光纖光柵分布式傳感網(wǎng)絡(luò)的靜冰壓力在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究.pdf

1、冰的生消過(guò)程廣泛存在于我國(guó)高海拔的西北、西南和淮河以北區(qū)域及包括南北極在內(nèi)的許多高緯度高海拔國(guó)家和地區(qū)，此過(guò)程通常會(huì)伴隨著劇烈的物理變化，并對(duì)所在區(qū)域的地質(zhì)地貌、水工建筑設(shè)施、水上生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)、水循環(huán)以及氣候等帶來(lái)嚴(yán)重的影響。隨著科技的發(fā)展和人類(lèi)活動(dòng)范圍的日益擴(kuò)大，冰生消過(guò)程對(duì)人們生活產(chǎn)生的影響日益突出，由此，我們迫切需要深入了解冰的生消變化及其變化過(guò)程中伴隨的冰層力學(xué)特性的變化，為我們研究氣候變化、人類(lèi)活動(dòng)對(duì)氣候的影響及人類(lèi)的生產(chǎn)實(shí)踐

2、活動(dòng)提供最直接的科學(xué)依據(jù)。
　　近年來(lái)，世界各地研究組織都日趨重視高寒地區(qū)的冰水情研究工作。在國(guó)內(nèi)，太原理工大學(xué)以秦建敏教授為主的項(xiàng)目組經(jīng)過(guò)多年的實(shí)驗(yàn)研究和工程實(shí)踐，研制了基于空氣、冰和水電阻特性差異檢測(cè)原理的冰厚傳感器，并成功應(yīng)用于南北極科考和黃河水文觀(guān)測(cè)。但對(duì)于冰荷載對(duì)各種結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的冰力，我們我們需要進(jìn)一步研究冰生消過(guò)程的力學(xué)強(qiáng)度變化，已掌握更完整的水文信息?；谝陨涎芯勘尘?，本文作者在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于空氣、冰與水物

3、理特性差異的冰層生消過(guò)程與力學(xué)強(qiáng)度連續(xù)在線(xiàn)檢測(cè)原理研究(51279122)”的資助下，提出了一種基于光纖光柵傳感器的靜冰壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。
　　光纖光柵傳感器是一種新型的光纖傳感器，具有可靠性好、測(cè)量靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗干擾及便于分布式測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)。本論文主要包括以下幾個(gè)方面研究:
　　(1)根據(jù)冰檢測(cè)的特點(diǎn)及冰情檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)惡劣的自然環(huán)境，我們對(duì)傳統(tǒng)的光纖封裝結(jié)構(gòu)作出了改進(jìn)，設(shè)計(jì)了具有硬質(zhì)膜片的雙光纖光柵封裝，以減少傳感器

4、的邊沿?fù)p耗、實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)溫度補(bǔ)償。
　　(2)采用波分復(fù)用技術(shù)，并結(jié)合可調(diào)諧光纖F-P濾波器的波長(zhǎng)解調(diào)方法，設(shè)計(jì)了具有分布式網(wǎng)絡(luò)的靜冰壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
　　(3)根據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的要求設(shè)計(jì)了硬件電路，主要包括基于光纖F-P濾波器的波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)、光電信號(hào)的采集與處理電路、控制系統(tǒng)電路等。
　　(4)在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件電路的基礎(chǔ)上進(jìn)行了系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，主要包括系統(tǒng)主程序、鋸齒波掃描電壓的發(fā)生、數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與發(fā)送、串口通信等部分