光纤光栅论文：光纤光栅位移传感系统开发及在海底隧道安全监测中的应用研究.doc

光纤光栅论文：光纤光栅位移传感系统开发及在海底隧道安全监测中的应用研究【中文摘要】海底隧道不占地,不妨碍航行,不影响生态环境,不受天气和气候变化影响,是一种非常安全的全天候的海峡通道。但是它在给人类带来了巨大便利和财富的同时,也存在一定的风险,很可能会造成巨大的经济损失,甚至是灾难性的后果,因此海底隧道的安全监测至关重要。为了实现对海底隧道的安全监测,本课题研制出一种新型的光纤光栅位移传感器,通过海底隧道模型试验,验证其性能.。论文首先介绍了光纤光栅的,位移传感器的应用现状。基于光纤光栅传感技术提出了一种利用光纤光栅位移传感对海底隧道进行安全监测的方案。该方案采用光纤光栅作为传感元件,利用波分复用技术实现对海底隧道围岩变化的实时在线监测。经过各方面的准备以及对海底隧道工程的研究,根据工程的要求,设计了相应的硬件系统。主要包括：光纤光栅位移传感器设计、传感器在隧道模型试验中的埋设以及解调系统的安装。本文介绍了海底隧道模型的制作过程,海底隧道的挖掘过程,以及整个过程中,光纤光栅位移传感器的信号监测。本系统的软件主要论述了海底隧道中光纤光栅位移传感网络的实现,介绍了实时曲线监测、数据存储以及历史数据查询。该系统现场进行了长期运行,结果表明系统运行稳定可靠,效果良好。【英文摘要】The undersea tunnel is a very safe all-weather strait tunnel, which doesnt occupy space and doesnt hinder the voyage and doesnt influence the ecological environment. However, it not only brings great convenience and wealth to people, but also has some risks, for example, it is likely to cause great economic losses, even catastrophic consequences. Therefore, the health monitoring of undersea tunnel is very important. In order to achieve the safe monitoring of undersea tunnel, the subject has developed a new type of fiber bragg grating displacement sensor, which was tested through the undersea tunnel model to verify its performance.The paper firstly introduces the background of fiber bragg grating, the application of displacement sensor, then presents a scheme about safety monitoring for the undersea tunnel using fiber bragg grating displacement sensing based on fiber bragg grating sensing technology. The scheme adopts the fiber bragg grating as sensing component and WDM technology to realize the on-line monitoring for changes of surrounding rock in underseal tunnel.After all aspects of preparation and the research of undersea tunnel project, according to the requirement of the project, this paper has designed the corresponding hardware system which mainly includes design of fiber bragg grating displacement sensors, embedding of sensors in the tunnel model test and installation of demodulation system.This paper introduces the production process of the undersea tunnel model, excavation process of undersea tunnel, and signal monitoring for fiber bragg grating displacement sensors in the entire process.The software of this system mainly discusses the realization of fiber bragg grating displacement sensing network in undersea tunnel and introduces the real-time curve monitoring, data storage and query of historical data. The system has carried on long-term operational in the field and the results show that the system is stable and reliable, good effect.【关键词】光纤光栅 位移传感器 海底隧道 安全监测【英文关键词】Fiber Bragg Grating Displacement Sensors Channel Tunnel Safety Monitoring【目录】光纤光栅位移传感系统开发及在海底隧道安全监测中的应用研究摘要10-11ABSTRACT11第一章 绪论13-211.1 光纤光栅简介131.2 光纤光栅技术的发展与研究现状13-161.2.1 光纤光栅技术的发展历史13-151.2.2 光纤光栅技术的研究现状15-161.3 本论文的研究背景和主要内容16-211.3.1 位移测量技术的发展16-171.3.2 位移传感器的分类17-191.3.3 本论文的研究背景19-201.3.4 本论文的主要内容20-21第二章 光纤光栅传感原理与波长解调技术21-382.1 光纤光栅的分类21-232.1.1 按光纤光栅的周期分类212.1.2 按光纤光栅的波导结构分类21-222.1.3 按光纤光栅的形成机理分类222.1.4 按光纤光栅的材料分类22-232.2 光纤光栅的应用概况23-262.2.1 光纤光栅在光纤通信领域中的主要应用232.2.2 光纤光栅在传感领域中的应用23-262.3 光纤光栅传感原理概述26-292.3.1 光纤光栅传感器简介26-272.3.2 光纤布拉格光栅传感的基本原理27-292.4 光纤布拉格光栅波长解调技术29-342.4.1 光谱分析仪检测法302.4.2 非平衡Mach-Zehnder干涉仪法30-312.4.3 匹配光栅解调法31-322.4.4 边缘滤波器法32-332.4.5 波长可调谐光源解调法33-342.5 本课题光纤光栅传感解调法34-362.5.1 工程化光纤光栅传感解调的要求342.5.2 sm125光纤光栅解调仪34-362.6 本章小结36-38第三章 基于光纤光栅的位移传感器设计38-633.1 引言383.2 光纤光栅位移传感基本原理38-403.3 光纤光栅位移传感器的设计开发40-443.3.1 光纤光栅位移传感器的设计开发原则40-433.3.2 光纤光栅位移传感器的设计开发要求43-443.4 光纤光栅位移传感器的制作44-493.4.1 光纤光栅位移传感器制作流程44-473.4.2 多点光纤光栅位移传感器的制作47-493.5 光纤光栅位移传感器实验性能分析49-593.5.1 光纤光栅位移传感器的标定实验49-513.5.2 光纤光栅位移传感器性能分析51-553.5.3 多点位移传感器的标定实验及数据分析55-583.5.4 标定实验中出现的问题及解决方法58-593.6 温度补偿59-623.7 本章小结62-63第四章 海底隧道模型试验传感网络监测软件系统设计63-704.1 数据采集系统63-644.2 光纤光栅监测系统软件64-694.2.1 数据库配置66-674.2.2 数据曲线显示67-684.2.3 数据存储68-694.2.4 实时报警694.3 本章小结69-70第五章 光纤光栅位移传感器在海底隧道模型试验中的应用70-82