基于多種光纖傳感機(jī)理的磁場監(jiān)測技術(shù)研究

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1、中圖分類號TP212論文編號102870118-S107學(xué)科分類號080402碩士學(xué)位論文基于多種光纖傳感機(jī)理的磁場監(jiān)測技術(shù)研究研究生姓名馬超學(xué)科、專業(yè)測試計量技術(shù)及儀器研究方向光纖結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測指導(dǎo)教師梁大開教授南京航空航天大學(xué)研究生院航空宇航學(xué)院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringResearchonmagneticfieldmonitoringtechnolog

2、ybasedonsensingprinciplesofvariousopticalfiberAThesisinMeasuringandTestingTechnology&InstrumentsByMaChaoAdvisedbyProf.LiangDakaiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarth,2018承諾書本人聲明所呈交的碩士學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特

3、別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得南京航空航天大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。本人授權(quán)南京航空航天大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本承諾書）作者簽名：日期：南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要隨著電力系統(tǒng)、生物醫(yī)學(xué)以及航空航天領(lǐng)域?qū)Υ艌鰠⒘康谋O(jiān)測需求越來越迫切，急需研究具有尺寸小、靈敏度高、適于遠(yuǎn)程遙測以及便于分布式組網(wǎng)監(jiān)測特點(diǎn)的新型磁場監(jiān)測技術(shù)?？紤]到光

4、纖傳感器具有柔韌性好、體積輕、重量小、測量精度高、抗電磁干擾，是未來傳感器研究的主要方向之一。本文研究基于多種光纖傳感原理的磁場監(jiān)測技術(shù)。主要工作包括以下幾個方面：首先，根據(jù)光纖光柵應(yīng)變傳感原理和金屬導(dǎo)體洛倫茲力特性，提出采用光纖光柵傳感器監(jiān)測由洛倫茲力引起的簡支梁彎曲變形，推導(dǎo)出被測磁場所致簡支梁撓度曲線函數(shù)，給出了FBG中心波長偏移量與簡支梁形變函數(shù)曲率關(guān)系。構(gòu)建了基于FBG中心波長偏移量的簡支梁磁感應(yīng)強(qiáng)度與電流雙參量監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對被測磁場強(qiáng)度的有效監(jiān)測。其次，根據(jù)單模光纖宏彎理論和磁流體液體特性，研制了基于宏彎效

5、應(yīng)的光纖磁場傳感器。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步在宏彎型光纖磁場傳感器尾部串接FBG，設(shè)計出基于宏彎效應(yīng)的光纖磁場/溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)對外界磁場和溫度的雙參數(shù)測量。再次，根據(jù)無芯光纖自映像原理和磁流體液體特性，開展了無芯光纖磁場測量理論模型推導(dǎo)、數(shù)值仿真和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，分別研制了單模光纖-無芯光纖結(jié)構(gòu)（SN）光纖磁場傳感器和單模光纖-無芯光纖-單模光纖（SNS）結(jié)構(gòu)光纖磁場傳感器，并提出了基于光譜特征分析的磁場強(qiáng)度辨識方法。最后，分別研究了基于宏彎效應(yīng)的Sagnac干涉型光纖磁場傳感器模型和基于SNS結(jié)構(gòu)的Sagnac干涉型光纖磁場傳

6、感器模型。構(gòu)建了基于上述兩種Sagnac的結(jié)構(gòu)干涉原理的磁場監(jiān)測系統(tǒng)，提出了Sagnac干涉光譜特征分析的磁場強(qiáng)度辨識方法。關(guān)鍵詞：磁場監(jiān)測，光纖光柵，宏彎效應(yīng)，無芯光纖，Sagnac本文得到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（U1537102）、航空科學(xué)基金（20152852036）、中央高?；究蒲袑ｍ?xiàng)資金（NS2016004）、機(jī)械結(jié)構(gòu)力學(xué)及控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（南京航空航天大學(xué)）（MCMS-0516K01）、上海航天科技基金（SAST2015062）的資助。本文工作在南京航空航天大學(xué)機(jī)械結(jié)構(gòu)力學(xué)及控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。I基于多種

7、光纖傳感機(jī)理的磁場傳感特性研究ABSTRACTWiththeincreasingdemandformonitoringofmagneticfieldparametersinpowersystem,biomedicine,AeronauticsandAstronautics,itisurgenttostudynewmagneticfieldmonitoringtechnologywithsmallsize,highsensitivity,suitableforremotetelemetry,andconvenientford

8、istributednetworkmonitoring.Consideringthatfiberopticsensorhasgoodflexibility,lightweight,smallweight,highaccuracyandanti-electromagneticinterference,it