基于干涉原理的光纤流量传感器

来源 :曲阜师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lkstudybitcc2008
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随着信息技术的发展,以光纤器件为基础的传感技术应运而生。光纤传感器之所以能广泛应用于多个领域,这与光纤传感器的自身优势是密不可分的。与传统的电子传感器相比,其可以在一些偏远山区进行参数测量,多个物理参数也能实现同时测量。流量作为油田中传输管道、河流以及水力发电站中的一个重要参数,对于传感器的精度有着极高的要求。目前,如何安全、高效地对流体流量进行测量是传感领域的研究热点。本文主要是针对流体的流量测量设计了两种干涉仪结构的传感器,并分析讨论传感器的传感性能。主要研究内容包括以下几个部分:(1)介绍了干涉型光纤传感器的种类以及每一类传感器的工作原理,重点介绍了以光纤器件为基础的流量测量方法的工作原理以及各自的优劣势。(2)提出了一种基于迈克尔逊干涉仪的光纤微流速传感器。介绍了传感器的组成部分和工作原理,通过理论推导研究了传感器的传感原理,重点利用数值仿真的方法对传感器的参数进行仿真。从结果中得出,较小的双芯光纤长度、小球半径和流体密度均可以提高传感器的灵敏度,纤芯间距的变化对传感器的灵敏度影响不明显。当参数发生微小变化时,传感器也可以实现高灵敏度的测量。同时,推导和计算了传感器输出光谱的自由光谱范围与传感器的不同参数之间的关系,得出自由光谱范围与每个参数成1/x或者1/x1.5的关系。(3)提出了一种新型的基于马赫曾德尔干涉仪的管道流量测量方法。通过理论推导分析流量计的工作原理和传感方式,重点利用数值仿真的方法对流量计的参数进行仿真。从结果中得出,较小的管道壁厚和双芯光纤长度均可以提高流量计的灵敏度,适当增大管道内半径和双芯光纤两端点与圆心夹角可以提高流量计的灵敏度。该流量计灵敏度高,操作简单,减小了侵入到流体内测量流量产生的误差,是测量输流管道流量的理想方法。
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