基于FBG的液位和温度同时测量方法

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光纤传感器因具有抗电磁干扰、电绝缘、抗腐蚀、灵敏度高、小巧等特点,可工作在高温、强腐蚀性、强电磁场等恶劣环境中,现已成为传感器领域的一个研究热点。作为光纤传感器中不可或缺的一员,基于光纤布喇格光栅的传感器也在不断完善。光纤布喇格光栅传感器信号采用波长调制,与其他光纤传感器相比,更不易受外界环境干扰,具有精确度高、稳定好、易于分布式监测、易于解调等特点。鉴于光纤光栅的诸多优点,本文拟将光纤光栅应用在易燃易爆场合的液位和温度同时测量领域。本文涉及材料、信息、光学、机械等多学科知识,主要做了以下工作:1.首先分析了现有的采用光纤检测液位、液位和温度同时测量的方法,提出了用光纤布喇格光栅(FBG)同时测量液位和温度所具有的优越性。2. 阐述了光纤布喇格光栅的工作原理,分析了光纤布喇格光栅的应变、温度传感特性,重点研究了FBG对应变和温度的交叉敏感问题,提出了液位和温度的区分测量方法。3.在总结已有研究成果的基础上,提出了采用等强度悬臂梁、薄膜片、L型杠杆的高灵敏度液位传感器结构。通过建立传感器的数学模型,分析了传感器各结构参数对整个传感器性能的影响,并选取适当的参数,使其适用于液位和温度同时测量,最后完成了整个的结构设计。4.分析了现有的FBG解调方法,并针对本论文设计的传感器,提出了采用LPG双边沿滤波FBG解调法,并给出了系统结构设计图。5.进一步分析了该传感器结构存在的不足之处,并提出了改进方向。本文的研究成果为光纤布喇格光栅的区分测量方法、高灵敏度压力(液位)传感器的研究提供了一定的理论和实际应用依据,并为光纤布喇格光栅在油库、化工等易燃易爆场合的实际应用打下了良好的基础。
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