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光纤光栅在车辆动态称重系统中的应用研究

作　者: 朱军
导　师: 焦生杰
学　校: 长安大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 光纤光栅 应变检测 车辆动态称重
分类号: TN253
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 235次
引　用: 1次
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内容摘要


光纤光栅传感技术是上世纪九十年代兴起的一种新型传感技术。由于光纤光栅可以实现多点多参量分布式传感,且具有灵敏度高、结构小、信号传输损耗极小、抗电磁干扰能力强、耐腐蚀等优点,因此光纤光栅传感技术在很多领域得到了广泛的研究和应用。本文以长安大学青年科学基金项目为背景,对光纤光栅传感技术进行了全面的研究,并将光纤光栅传感技术应用于公路车辆动态称重系统。论文主要工作如下:1)研究了光纤光栅传感的基础理论,介绍了其制作技术,阐述了光纤光栅传感技术的进展和应用现状;2)利用耦合模理论对光纤光栅光谱特性进行了研究,探讨了常见的光纤光栅波长解调技术,对各种解调技术性能进行了比较研究。在理论分析的基础上,建立了光纤光栅传感模型,并对光纤光栅的应变和温度特性进行了实验研究;3)研究了车辆动态称重技术,对国内外普遍采用的车辆动态称重系统的特点及存在的问题进行了分析,设计了一种基于光纤光栅传感技术的车辆动态称重系统方案。实验结果表明,该系统测量精度高,有效可行;4)基于匹配滤波技术,制作了测量精度高、经济成本低的数字化光纤光栅波长解调器,并对光纤光栅系统中的传感器进行了制作和实验研究。实验测试结果证明,单个匹配光栅的波长探测范围为4nm,波长探测的分辨率为1pm,不确定度为5pm,该波长解调器达到了目前波长解调技术的先进水平。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-22
  1.1 本课题研究的背景及意义  10-11
  1.2 光纤及光纤光栅技术概述  11-20
    1.2.1 光纤及光纤传感技术的发展  11
    1.2.2 光纤光栅技术的发展  11-13
    1.2.3 光纤光栅的分类  13-16
    1.2.4 光纤光栅传感技术的应用现状  16-20
  1.3 本论文的主要研究内容  20-22
第二章 光纤布拉格光栅的基础理论  22-40
  2.1 光纤的波导理论  22-26
  2.2 光纤布拉格光栅的理论基础  26-31
    2.2.1 光纤的光敏特性  26-28
    2.2.2 光纤光栅的理论模型分析  28-31
  2.3 光纤光栅的制作技术  31-35
    2.3.1 驻波法  32
    2.3.2 全息相干法  32-33
    2.3.3 相位掩膜法  33-34
    2.3.4 逐点写入法  34-35
  2.4 光纤布拉格光栅传感机理  35-40
    2.4.1 光纤布拉格光栅的应变传感模型分析  35-38
    2.4.2 光纤布拉格光栅的温度传感模型分析  38-40
第三章 光纤布拉格光栅波长解调技术  40-47
  3.1 反射匹配波长解调技术  40-43
  3.2 法布里-帕罗滤波解调技术  43-45
  3.3 干涉仪扫描法  45-47
第四章 基于光纤光栅传感的车辆动态称重系统设计  47-72
  4.1 引言  47-50
    4.1.1 国外车辆动态称重技术的发展与现状  47-48
    4.1.2 国内车辆动态称重技术的发展与现状  48-49
    4.1.3 国内车辆动态称重系统的技术规范  49-50
  4.2 车辆动态称重理论分析  50-57
    4.2.1 车辆动态称重方法  50-52
    4.2.2 车辆运动状态对测量结果的影响分析  52-53
    4.2.3 车辆运动速度对称重结果的影响分析  53-55
    4.2.4 测量数据误差对称重结果的影响分析  55-57
  4.3 基于光纤光栅传感技术的车辆动态称重系统  57-69
    4.3.1 基于光纤光栅传感技术的车辆动态称重系统原理及理论分析  57-64
    4.3.2 光纤光栅称重传感器的设计与理论分析  64-66
    4.3.3 测重仪模态分析  66-69
  4.4 车辆动态称重系统的系统信号处理与数据处理  69-72
    4.4.1 测量系统响应分析  69-70
    4.4.2 系统算法的建立  70-72
第五章 光纤光栅传感器的实验研究  72-87
  5.1 数字式光纤光栅波长解调器实验研究  72-79
    5.1.1 数字式光纤光栅波长解调器原理  72-74
    5.1.2 光纤光栅波长解调系统光路分析  74-79
  5.2 光纤光栅传感器特性实验研究  79-84
    5.2.1 光纤光栅力传感器的实验研究  79-81
    5.2.2 光纤光栅温度应变传感器的实验研究  81-84
  5.3 车辆动态称重实验研究  84-87
第六章 结论与展望  87-89
  6.1 结论  87
  6.2 展望  87-89
参考文献  89-99
致谢  99-100
攻读学位期间取得的研究成果  100-101
附录  101

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 波导光学与集成光学 > 光纤元件
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