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基于光纤光栅传感技术的储油罐火灾报警系统的研究

作　者: 肖怀贵
导　师: 袁嫣红
学　校: 浙江理工大学
专　业: 机械工程
关键词: 光纤布拉格光栅 储油罐 火灾报警 虚拟仪器
分类号: X924.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 73次
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内容摘要


储油罐区是一个容易发生火灾的场所,罐区的强腐蚀、易燃易爆等恶劣条件给火灾探测带来了很多挑战,为了避免经济损失和减少人员伤亡,必须建立完善的自动火灾报警系统。根据火灾发生时现场产生温度升高、大量烟雾和强烈火焰等不同的现象,人们研究出很多种火灾探测的方式,如感温式、烟雾式和感光式探测系统。为了及时发现火灾,感温式是最有效的方式,而基于传统电类传感器的火灾报警系统因存在诸多缺陷,如抗电磁干扰能力差、抗恶劣环境能力不强等,不能很好应用在易燃易爆的监测环境。光纤光栅传感技术是新发展起来的热门技术,实现了现场全光式测量,拥有许多传统传感器无法比拟的优点,成为了石油化工行业应用于火灾报警的最佳选择。本文选择光纤光栅传感器作为储油罐火灾报警探测器,从光纤光栅温度特性的实验研究、感温探测器的设计、传感器组网等方面入手完成系统设计。文中分析了电类传感技术、光纤光栅传感技术、全分布式光纤传感技术在温度测量方面的应用,总结了它们的优缺点,其中光纤传感技术在抗电磁干扰、防爆性能、性价比高等方面具有独特的优势。重点阐述了光纤光栅传感技术的研究现状和应用,这种传感技术具有很好的工程应用价值。从理论上分析了光纤光栅温度传感的基本特性,对当前光纤光栅常用的封装技术进行了总结,实验条件下分别测试了不锈钢和铝槽封装光纤光栅的温度特性,其中铝槽封装的光栅获得了36.3pm/℃的灵敏度。在波长扫描极值法的基础上,本文运用NI公司的虚拟仪器技术开发平台搭建了光纤光栅传感信号解调系统,讨论了计算峰值波长的两种方法,并做实验进行了比较,实验表明使用多个功率值计算的中心波长更稳定。使用热管作为光纤光栅导热装置的感温探测器扩大了探测器的探测范围,也加快了探测器的响应时间。本文还对基于光纤光栅感温探测器的储油罐火灾报警系统进行了探讨和研究,系统采用了波分复用加空分复用的结构方案。文章最后在实验条件下使用3个感温探测器模拟了火灾报警系统。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章 绪论  10-19
  1.1 本课题的研究意义  10
  1.2 储油罐火灾探测技术可行性分析  10-15
    1.2.1 电类传感技术  11-12
    1.2.2 分布式光纤传感技术  12-14
    1.2.3 光纤光栅传感技术  14-15
  1.3 光纤光栅传感技术的研究现状  15-17
  1.4 本课题研究的主要内容  17-19
第二章 光纤光栅传感理论及封装技术  19-30
  2.1 光纤光栅理论  19-21
    2.1.1 光纤光栅的概述  19
    2.1.2 光纤布拉格光栅的传感原理分析  19-21
  2.2 光纤光栅的封装技术  21-24
    2.2.1 光纤光栅常见的封装方式  21-23
    2.2.2 封装结构对光纤光栅温度灵敏度的影响  23-24
  2.3 光纤布拉格光栅温度特性实验研究  24-28
    2.3.1 光纤布拉格光栅的不锈钢管式封装  24-27
    2.3.2 光纤布拉格光栅的铝槽贴片式封装  27-28
  2.4 光纤光栅封装过程中的问题  28-29
  2.5 本章小结  29-30
第三章 虚拟仪器技术与光纤光栅传感信号解调  30-44
  3.1 虚拟仪器概述  30-31
  3.2 光纤光栅解调系统设计  31-34
    3.2.1 可调谐F-P 滤波器解调法  31-33
    3.2.2 匹配光纤光栅滤波法  33
    3.2.3 基于波长扫描极值法的解调系统设计  33-34
  3.3 解调系统的相关硬件  34-38
    3.3.1 可调谐激光光源  34-36
    3.3.2 光电探测器  36
    3.3.3 数据采集系统  36-38
  3.4 解调系统的 LabVIEW 实现  38-43
    3.4.1 配置数据采集任务  38-39
    3.4.2 波长标定  39-40
    3.4.3 两种峰值计算方法  40-43
    3.4.5 波长-温度转换  43
  3.5 本章小结  43-44
第四章 基于光纤光栅的储油罐火灾报警系统  44-58
  4.1 感温探测器  44-47
    4.1.1 光纤布拉格光栅的制作  44-45
    4.1.2 光纤光栅感温探测器的制作  45-47
  4.2 储油罐火灾报警系统设计  47-51
    4.2.1 系统设计准则  47-50
    4.2.2 系统组成  50-51
  4.3 基于LabVIEW 的报警软件设计  51-53
  4.4 光纤光栅火灾报警系统实验  53-57
    4.4.1 实验方法  53-54
    4.4.2 实验结果分析  54-57
  4.5 本章小结  57-58
第五章 总结和展望  58-59
参考文献  59-62
附录 1 部分实验图  62-66
致谢  66-67
攻读硕士学位期间发表的论文  67

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 安全科学 > 安全管理（劳动保护管理） > 安全监察 > 安全控制技术
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