一种基于光纤光栅的预制性快装可复用温度传感器及其标定开题报告

 2021-12-25 03:12

全文总字数:6490字

1. 研究目的与意义(文献综述)

1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

1.1目的及意义

一种基于光纤光栅的预制性快装可复用温度传感器及其标定主要是运用在临时舞台实时安监系统,通过采集临时舞台演出过程中的载荷数据,并将其进行可视化,实现临时舞台实施实时安全监测。对临时舞台过去发生的各类安全事故、已有的舞台安监方法,技术及对应的工程系统和传感技术系统、载荷谱测量方法、光纤光栅传感技术的发展与应用等进行对比和分析,发现光纤光栅传感在工程安全监测上具有本质安全、可通过光纤光栅传感网络拓扑的监测优势,对临时舞台结构系统实施实时和体系化的智能安全监测;据此提出了采用光纤光栅传感系统对临时舞台载荷进行测量,实现实时安监的技术构想。
随着技术的发展,现在光纤光栅价格低廉,且不易受电磁干扰,从而在通信以及传感领域得以被大量使用。在传感领域,由于光纤光栅具有体积小、耐腐蚀、抗干扰、灵敏度高、精度高、可复用等优点,应用在临时舞台实时安监系统可满足温度测量需求,且对温度有一个精准的测量。
1.2国内外研究现状分析
目前,安全监测越来越得到重视。在许多生产行业已形成比较可靠的技术监测体系。但在户外演艺活动,在大部分还是临时舞台的搭建中,一般没有比较固定的露天场地,在安全监测方面还存在着许多问题。
在国内,公共户外演出直到近几年才得到较快发展,特别是把文化产业作为我国重要的消费性支柱产业以后,大型演出平台(舞台)才逐渐引入高技术,但在关键技术研究和应用开发上,几乎还停留在五六十年代的水平。
目前,我国舞台技术主要从其他领域借鉴而来,技术还不够完善,人们逐渐意识到了光纤光栅传感技术极具潜力,越来越多的科研机构投入巨额资金和极大的精力来研发光纤光栅传感技术,并把这项技术运用到实际应用中来,将光纤光栅传感技术与舞台监测联系起来。临时舞台搭建,相关研究和行业标准及规范较少,仍处于参考永久结构建筑规范和标准的阶段。
2004年,武汉理工大学的信思金等人设计了一种光纤光栅的封装结构,研究中发现在封装时通过给光纤光栅施加预应力可以使封装后的光纤光栅温度传感器具有良好的线性度和重复性。
2005年,东华大学的詹亚歌等人设计了一种利用线膨胀系数和长度均不同的金属细杆和光纤布拉格光栅构成的传感头,它能将被测温度转换为光栅的应变,解调由应变引起的光栅波长漂移,即可得知待测的温度,该传感器的理论分析与实验测量结果一致,当被测温度为500℃时,光栅的中心波长变化了4.21nm,与理论分析相差很小,且具有很好的线性度和很高的灵敏度,但是该系统的一个主要缺点是响应速度慢,可以改善实验中所用的模拟实际温度场的温控装置的性能,并可通过选择传热更快且硬度合适的其他金属杆代替目前的金属杆,以实现整个系统响应速度的提高。
2006年,西安石油大学禹大宽等人在原有的封装方法的基础上设计了一种FBG封装结构,该结构制成的高温传感器能够测量200℃以上的高温,灵敏度可达到0.0252nm/℃,而且具有良好的线性度和重复性。
经过近30年的发展,国外现代演艺舞台结构已经在常规技术和标准规范上拥有较为全面的技术体系。
在美国,伴随各种教育机构、宗教团体、社区,以及影视业的高度发展,大型安全舞台结构为每年大量的演出活动、募捐活动和体育赛事提供了基础性平台。
在英国,文化创意产业成为全新的引领性产业,每年要举办大量体育、音乐会活动,其舞台技术正在快速发展。
在国外,一些主要针对整个土木行业和建筑结构领域的行业协会和科研机构,例如美国土木工程师协会、健康与安全执行局、印第安纳州国土安全部和防火和建筑安全委员会,也对舞台结构的定义、设计、荷载、安全及各种量化指标做出了详细的规定和要求;这些行业协会和科研机构,还开设了专门研究各种大型演出舞台结构技术的公司和科研实体,出版了许多舞台安全规范;例如,英国结构工程师学会和英国结构安全性常设委员会,出版并规范了舞台设计、设备的安全使用要求,以及舞台屋顶设计和相关事项。
在技术方面,美国演出平台综合技术代表了世界上最先进的大型演出舞台结构应用技术研发水平和实力;其演出平台技术已从传统的简单笨重的组合结构,发展到现代轻质、高强度、大型化、折叠化、材料与过程无损化(对演出场地地基、环境和周围建筑与动物等最小影响和无害作用),以及信息化和智能化,并具有反恐功能。
大型舞台结构除了能够满足演出的各种基本功能需求外,其结构经得住各种动力荷载的严苛考验,并做到隔声、隔热、隔光,对周围生活和居住环境的零污染。
德国依赖于其强大的制造业和材料技术,使得大型平台结构技术迅速发展,例如,在可承受上百吨的车展展台和车载平台技术上显示了其雄厚的技术实力。
2002年,日本丰田工业大学的M Forkine等人采用改变光线组分和光纤制作工艺相结合的方式,在光纤纤芯中同时掺杂F和Ge。采用紫外写入法在这种光纤上写入光栅,然后采用特殊工艺对光纤光栅进行退火处理,这样得到的光纤光栅称为化学组分光栅(CCG),这种光纤光栅具有极好的热稳定性,其测量温度能够达到1100℃以上。
2006年,D.Grobine等人在单模和多模非掺杂氟化物光纤上采用800nm的飞秒激光和相位模板写入光纤布拉格光栅,折射率调制量达到2.4*10^(-4),他们还用波长为800nm,脉冲分别为125fs和1.6ps的红外飞秒激光和特殊高阶相位掩模版,在掺Ge的SMF-28光纤上刻成了光栅,这种FBG经过450h的退火后,在1000℃时仍有着很高的热稳定性,保持着99.95%的反射率。当温度为1050℃或更高时,其中心波长才会发生永久漂移,导致波长响应的滞后效应,同时伴随光栅强度的剧烈减少,光栅折射率调制被擦除。
目前国际上普遍认为现在光纤光栅传感技术的主要研究重点已经变成了推进光纤光栅传感器使用的实用技术的发展,从而实现更多领域的进步。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

剩余内容已隐藏,您需要先支付后才能查看该篇文章全部内容!

3. 研究计划与安排

时间

任务

2020.2.24—2020.3.23

设计准备阶段(撰写开题报告)

2020.3.24—2020.5.15

毕业设计阶段(完成相关的设计任务硬,软件设计)

2020.5.16—2020.5.31

论文撰写阶段(撰写毕业论文和实验报告)

2020.6.1—2020.6.7

毕业答辩阶段

4. 参考文献(12篇以上)

[1]yi liu,junzhang. model study of the influence of ambient temperatureand installation types on surface temperature measurement by using a fiberbragg grating sensor,2016.

[2] li, t.; tan, y .; wei, l.; zhou, z.; zheng, k.; guo, y . a non-contact fiber bragg grating vibrationsensor. rev. sci. instrum. 2014, 85, 015002.

剩余内容已隐藏,您需要先支付 10元 才能查看该篇文章全部内容!立即支付

课题毕业论文、开题报告、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。