用于水庫水位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的FBG傳感器研究.pdf

1、在水利工程中，水庫水位測(cè)量一直是水文、水利部門的重點(diǎn)。進(jìn)行精確而有效的實(shí)時(shí)水位監(jiān)測(cè)，對(duì)預(yù)防事故的發(fā)生以及水資源的有效利用有著重要意義。目前，人工監(jiān)測(cè)仍然是國(guó)內(nèi)很多水文站采用的監(jiān)測(cè)水位方法?，F(xiàn)有的水位監(jiān)測(cè)一般采用電類的傳感器，但是這些傳感器存在著很多局限性，如安全性不高、不易組網(wǎng)及不能適用于惡劣環(huán)境下等。然而，光纖光柵技術(shù)的出現(xiàn)使得水位監(jiān)測(cè)技術(shù)有了新的發(fā)展。由于光纖光柵傳感器的諸多優(yōu)勢(shì)使得它在建筑、橋梁、航空航天器等多方面的領(lǐng)域都有著廣泛

2、的應(yīng)用。
　　本文對(duì)用于水庫水位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的FBG傳感器進(jìn)行了探索與研究，設(shè)計(jì)并完成了一種用于水位監(jiān)測(cè)的FBG傳感器，與以往的FBG傳感器相比，該傳感器利用材料的特性和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)相結(jié)合進(jìn)一步消除溫度的影響，而且可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)狀分布式在線水位監(jiān)測(cè)，同時(shí)能夠監(jiān)測(cè)水溫，對(duì)防洪和水資源的有效利用具有重要指導(dǎo)意義。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.本文在理論部分介紹了FBG的結(jié)構(gòu)和原理，討論了光纖光柵的傳感原理，并簡(jiǎn)單的分析了其應(yīng)變和溫度傳

3、感特性，描述了FBG傳感器中交叉敏感的解決技術(shù)，最后介紹了FBG的波長(zhǎng)檢測(cè)技術(shù)。
　　2.本文描述了FBG水位傳感器的設(shè)計(jì)與制備，對(duì)傳感器的敏感元件進(jìn)行了受力分析并對(duì)其在5米水深作用下所發(fā)生的最大位移進(jìn)行了理論計(jì)算，除此之外還對(duì)傳感器的敏感元件進(jìn)行了有限元仿真模擬，并給出了在5米水深作用下敏感元件發(fā)生的位移量和應(yīng)力分布情況。接著介紹了FBG水位傳感器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制作工藝。還進(jìn)行了FBG水位傳感器的溫度補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析，

4、驗(yàn)證了溫度補(bǔ)償?shù)男Ч?，同時(shí)并對(duì)溫度補(bǔ)償系數(shù)進(jìn)行了標(biāo)定。
　　3.本文在水位測(cè)試實(shí)驗(yàn)部分，進(jìn)行了三次循環(huán)實(shí)驗(yàn)并對(duì)其水位測(cè)試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)一步得出水位h和傳感光柵在水壓作用下水壓引起的波長(zhǎng)漂移量的擬合方程，最后根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果對(duì)傳感器的性能進(jìn)行了分析。在0-5m的水位測(cè)量范圍內(nèi)，傳感器的準(zhǔn)確度為0.5％，分辨率為1cm，線性度為0.999。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，傳感器的性能良好。
　　4.在文章的最后，根據(jù)FBG水位傳感器的性能