基于多普勒效應的光纖流體流速傳感器研究.pdf

1、流體流速參數是工業(yè)生產過程中十分重要的參數指標，對該參數的準確監(jiān)測可以有效地提高生產效率和質量。光纖流體流速傳感器與傳統(tǒng)流速傳感器相比具有測量精度高、動態(tài)范圍大、本質安全、抗電磁干擾等諸多優(yōu)點，能用于高溫高壓等惡劣工作環(huán)境下。本文開展了基于多普勒效應的光纖流體流速傳感器的理論模型、光路結構及信號處理的研究，研制了針對流體流速測量的光纖速度傳感器。
　　本研究主要內容包括：⑴依據光學多普勒效應結合光相干信號檢測，建立了光纖多普勒速度

2、傳感理論分析模型，仿真分析了影響傳感系統(tǒng)性能的各種因素，為傳感系統(tǒng)設計提供依據。⑵詳細地對比分析傳統(tǒng)激光多普勒測速光路結構，開展了適合流體流速測量的傳感光路結構理論分析、優(yōu)化與制作研究。提出了一種雙點測量光路結構，并對其進行了理論研究，研究表明在不增加光源和探測器的條件下，該結構能有效地增強對多普勒散射光信號的收集。⑶依據光外差探測方法，研究了高速數據采集與計算機軟件相結合的多普勒頻移信號處理方法。依據快速傅里葉變換（FFT）方法，設計

3、了信號處理算法與測量控制軟件。⑷搭建了兩種速度測量實驗平臺，分別開展固體運動速度和流體流速測量實驗，對測量精度、穩(wěn)定性、響應時間等進行研究。固體速度測量實驗表明：測量均方誤差小于0.06，重復性誤差小于0.10m/s，響應時間小于1.00秒，工作時間長短對測量系統(tǒng)性能沒有影響；流體速度測量實驗表明：測量均方誤差約為0.05，重復性誤差約為0.10m/s。最后對測量產生誤差的原因做了詳盡分析，并對雙點測量光路結構模型進行了初步的實驗驗證。