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

论文摘要

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研究背景,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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 光纤光栅简介
• 1.2 光纤光栅技术的发展与研究现状
• 1.2.1 光纤光栅技术的发展历史
• 1.2.2 光纤光栅技术的研究现状
• 1.3 本论文的研究背景和主要内容
• 1.3.1 位移测量技术的发展
• 1.3.2 位移传感器的分类
• 1.3.3 本论文的研究背景
• 1.3.4 本论文的主要内容
• 第二章 光纤光栅传感原理与波长解调技术
• 2.1 光纤光栅的分类
• 2.1.1 按光纤光栅的周期分类
• 2.1.2 按光纤光栅的波导结构分类
• 2.1.3 按光纤光栅的形成机理分类
• 2.1.4 按光纤光栅的材料分类
• 2.2 光纤光栅的应用概况
• 2.2.1 光纤光栅在光纤通信领域中的主要应用
• 2.2.2 光纤光栅在传感领域中的应用
• 2.3 光纤光栅传感原理概述
• 2.3.1 光纤光栅传感器简介
• 2.3.2 光纤布拉格光栅传感的基本原理
• 2.4 光纤布拉格光栅波长解调技术
• 2.4.1 光谱分析仪检测法
• 2.4.2 非平衡Mach-Zehnder干涉仪法
• 2.4.3 匹配光栅解调法
• 2.4.4 边缘滤波器法
• 2.4.5 波长可调谐光源解调法
• 2.5 本课题光纤光栅传感解调法
• 2.5.1 工程化光纤光栅传感解调的要求
• 2.5.2 sm125光纤光栅解调仪
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于光纤光栅的位移传感器设计
• 3.1 引言
• 3.2 光纤光栅位移传感基本原理
• 3.3 光纤光栅位移传感器的设计开发
• 3.3.1 光纤光栅位移传感器的设计开发原则
• 3.3.2 光纤光栅位移传感器的设计开发要求
• 3.4 光纤光栅位移传感器的制作
• 3.4.1 光纤光栅位移传感器制作流程
• 3.4.2 多点光纤光栅位移传感器的制作
• 3.5 光纤光栅位移传感器实验性能分析
• 3.5.1 光纤光栅位移传感器的标定实验
• 3.5.2 光纤光栅位移传感器性能分析
• 3.5.3 多点位移传感器的标定实验及数据分析
• 3.5.4 标定实验中出现的问题及解决方法
• 3.6 温度补偿
• 3.7 本章小结
• 第四章 海底隧道模型试验传感网络监测软件系统设计
• 4.1 数据采集系统
• 4.2 光纤光栅监测系统软件
• 4.2.1 数据库配置
• 4.2.2 数据曲线显示
• 4.2.3 数据存储
• 4.2.4 实时报警
• 4.3 本章小结
• 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
• 5.1 海底隧道模型简介
• 5.2 海底隧道模型实验监测系统整体方案设计
• 5.3 海底隧道模型试验过程
• 5.3.1 光纤光栅位移传感器的埋设
• 5.3.2 海底隧道掘进过程
• 5.4 试验结果数据分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表