應用于靜冰壓力檢測的新型反射式強度調制型光纖傳感器系統(tǒng)研制.pdf

1、近年來，隨著光纖與光纖通信技術的發(fā)展，光纖傳感作為一種另辟蹊徑的傳感技術應運而生，加之現代光纖制造工藝的提高和新型光電子材料、光電子器件的誕生，光纖傳感技術正不斷完善并日趨成熟。而反射式強度調制型光纖傳感器（RIM-FOS）作為光纖傳感領域重要的一員，以其設計靈活、結構簡單、成本低、性能可靠、抗電磁干擾等優(yōu)點得到廣泛應用。
　　在我國冬季結冰的高寒地區(qū)，水工/海工結構物經常會受到靜冰壓力的威脅和侵害，由于設計時對水工/海工結構物可

2、能受到的最大靜冰壓力值估算的偏差，致使其冬季遭受靜冰壓力作用而損壞。本文以黃河萬家寨水利樞紐水庫庫區(qū)的靜冰壓力檢測為工程實踐應用背景，借助作者設計的新型反射式強度調制型光纖傳感器于2014年1月-2014年3月在萬家寨水庫進行了冬季靜冰壓力定點連續(xù)自動檢測現場試驗，采集到冬季封凍期冰層生消變化全過程中冰層隨水位、空氣溫度、冰層溫度和冰層厚度等因素變化而產生的一系列靜冰壓力數據，采集數據客觀反映了封凍期冰層靜冰壓力變化規(guī)律，可為高寒地區(qū)水

3、工/海工結構物防護與建造工程提供理論依據。
　　本文的主要研究內容有:
　　1.通過分析靜冰壓力的產生和作用機理，提出在檢測靜冰壓力的同時，采集監(jiān)測點處與靜冰壓力密切相關的冰層厚度、冰層溫度梯度和冰下水位等物理量數值，并簡要介紹相關冰情檢測傳感器檢測原理和特點。
　　2.結合靜冰壓力的作用機理和靜冰壓力檢測工程應用的特定需求，提出對傳統(tǒng)反射式強度調制型光纖壓力傳感器進行結構改進并嘗試應用于靜冰壓力檢測試驗。對傳統(tǒng)反射式

4、強度型光纖壓力傳感器的光纖束結構，收、發(fā)光纖束分布類型，壓力敏感元件的材料與尺寸等做出設計和改進。
　　3.基于新型反射式強度型光纖傳感器的檢測原理，結合檢測系統(tǒng)工作環(huán)境特點，選取了合適的光電子器件并搭建了低功耗檢測電路。
　　4.針對新型反射式強度型光纖傳感器的檢測原理和相應檢測電路硬件結構，分析工程應用的具體環(huán)境與特定需求，設計并編寫了具有連續(xù)自動采集、存儲和發(fā)送靜冰壓力數據功能的檢測系統(tǒng)程序。
　　5.在萬家寨水