基于光纤传感的流量测量系统研究

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从上世纪九十年代开始,国内外许多外科研机构与学者在光纤光栅传感技术领域当中的努力研究,开辟了一个光纤光栅传感的新纪元。在工业控制的各个领域中,需要对各种流体的流量进行动态监控与分析,来确保生产的顺利进行。传统的电式流量计存在很多问题,将传统流量测量原理与光纤光栅传感原理相结合,研制出高性能的FBG流量传感器,对现代工业控制过程具有很大的意义。基于光纤光栅的流量计相对于目前的电式流量计,它表现出了诸多优势,例如耐高温、测量精度高、结构简单、本质安全防爆、抗电磁干扰、低功耗等。本文首先对光纤光栅传感技术进行了介绍,给出了光纤光栅流量传感器的优势。对比与分析了目前存在的几种光纤光栅流量计的传感原理,并结合实际应用中出现的问题,提出了一种新型的光纤光栅流量传感器的设计。对所设计的流量传感模型进行了数值仿真分析,为实际试验做了指导。论文的主要内容有:首先,介绍光纤光栅传感的相关原理,分析了传统电式流量测量技术的一些问题。分析了目前几种常用光纤光栅流量传感器的测量原理与存在的一些问题。之后,对光纤光栅传感机理进行了介绍,总结了光纤光栅应变原理。介绍了流量测量的相关原理,介绍了几种传统差压流量计的测量原理。其次,对有限元分析软件ANSYS进行了详细介绍,采用有限元分析方法对我们所设计的FBG流量传感器模型进行了实体建模、有限元建模。分析了不同水流流速情况下,传感器模型的静压力场,速度场等。最后总结出所设计的光纤光栅流量传感器可以较好地反应流体流速(流量)的变化。再次,在ANSYS有限元软件模拟分析的基础上,设计了光纤光栅流量传感器的机械模型。并进行了相应的加工与组装,利用流量实验平台进行了实验。对所设计的FBG流量传感器进行了试验测试,通过分析实验结果,我们得出实际试验与理论分析大体是一致的。最后,设计了基于Web的FBG流量传感分析系统。系统提供了友好的界面,能方便地将实验数据以曲线方式显示,以图表方式显示,以三维曲线方式显示等。
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