学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

光纤光栅传感技术及其在油气管道腐蚀监测的应用研究

作　者: 李娜
导　师: 刘丰年
学　校: 湖南工业大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 光纤光栅传感器应变传感腐蚀监测油气管道应用
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 170次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

传感器为人们提供了一种实时感知和监测客观世界的有效技术手段，能够满足人们对实时信息的获取需求。在工业领域，石化行业的油气传输管线因腐蚀而造成的泄露事故时有发生，现有的管线监测主要采用人工进行定期检测，因此，建立油气管线在线实时监测系统的需求日益渐长，成为了传感器技术应用的一个重要领域。针对油气行业对安全及抗电磁干扰的需求，结合光纤光栅传感技术对应力应变的高灵敏度、易于复用、封装方式的灵活等优势，本文提出利用光纤光栅传感技术对管道腐蚀进行实时在线监测。文中首先对光纤光栅传感技术的特点、优势及应用进行了阐述，并从当前国内油气管道监测需求及物联网建设的角度，提出应用光纤FBG光栅传感监测技术于油气管道的内腐蚀监测；接着从基本原理、折射率分布、温度和应变的传感原理三个方面对光纤FBG光栅传感器进行详细介绍，且利用剥层算法实现了对反射光谱的重构，并详细地阐述了其在土木工程、能源等领域的应用；然后对光纤光栅传感监测系统中的三个关键技术——封装技术、复用技术、解调技术进行了详细研究，并选择了适用于管道腐蚀监测的FBG光栅传感系统中相应的关键技术；最后搭建实验室试验环境，将该系统应用于监测含缺陷管道表面的微应变，与有限元分析软件的模拟结果对比，以指导实际应用中传感器的布设及分析软件的设计开发。本文完成了对课题的研究背景及意义的阐述，对所用的传感器及系统进行深入研究，设计了用于管道腐蚀监测的FBG光栅传感监测系统，并通过试验和建模分析验证了系统的可行性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-17
  1.1 光纤光栅传感技术  10-12
    1.1.1 光纤传感技术概述  10-11
    1.1.2 光纤光栅传感技术  11-12
    1.1.3 光纤光栅传感技术的应用  12
  1.2 油气管线实时监测系统的研究背景  12-14
    1.2.1 国内油气管线的发展现状  12-13
    1.2.2 油气管线管理中的问题  13-14
    1.2.3 国内油气管道监测技术的发展现状  14
  1.3 光纤光栅传感技术应用于管道实时监测的研究意义  14-15
  1.4 本文的主要工作  15-17
第二章光纤 Bragg 光栅传感器  17-30
  2.1 光纤光栅传感器  17-18
  2.2 光纤 Bragg 光栅的基本原理  18-19
  2.3 光纤 Bragg 光栅传感器工作原理分析  19-21
    2.3.1 光纤 Bragg 温度传感原理分析  19-20
    2.3.2 光纤 Bragg 应变传感原理分析  20-21
  2.4 光纤 Bragg 光栅监测的应用  21-24
    2.4.1 土木工程监测  21-22
    2.4.2 能源监测  22-24
    2.4.3 其他领域  24
  2.5 光纤 Bragg 光栅的反射光谱传输分析  24-29
    2.5.1 光纤 Bragg 光栅的折射率分布  24-25
    2.5.2 传输矩阵法分析 Bragg 光栅的反射光谱特性  25-27
    2.5.3 剥层算法重构 Bragg 光栅的理论研究  27-28
    2.5.4 光纤 Bragg 光栅传输光谱的仿真  28-29
  2.6 本章小结  29-30
第三章光纤 FBG 光栅应变传感系统关键技术  30-46
  3.1 光纤 FBG 光栅传感系统  30-31
  3.2 光纤 FBG 光栅应变传感器的封装  31-34
    3.2.1 光纤光栅应变传感器的封装工艺  31-33
    3.2.2 光纤光栅交叉敏感性问题  33-34
    3.2.3 本系统采用的封装工艺  34
  3.3 光纤 FBG 光栅传感系统的复用技术  34-40
    3.3.1 光纤光栅网络常见复用技术  35-38
    3.3.2 系统拟采用的复用技术  38-40
  3.4 光纤 FBG 光栅传感系统的解调技术  40-45
    3.4.1 光纤 FBG 光栅的波长解调技术  40-45
    3.4.2 本系统采用的波长解调技术  45
  3.5 本章小结  45-46
第四章光纤 FBG 光栅管道腐蚀监测系统的应用研究  46-59
  4.1 光纤 FBG 光栅管道腐蚀监测系统  46-47
  4.2 基于 ANSYS 的管道缺陷应力应变分析模型建立及分析结果  47-52
    4.2.1 ANSYS 有限元分析软件  47-48
    4.2.2 基于 ANSYS 的管道缺陷应力应变分析模型建立  48-49
    4.2.3 ANSYS 建模分析含缺陷管道的应力应变结果  49-52
  4.3 基于光纤 FBG 光栅传感的含缺陷管道监测实验  52-57
    4.3.1 实验室试验系统的搭建  52-53
    4.3.2 实验室模拟环境试验  53-55
    4.3.3 实验结果与模拟分析结果对比  55-57
  4.4 系统监测软件的设计  57-58
  4.5 本章小结  58-59
第五章总结与展望  59-61
参考文献  61-64
攻读硕士学位期间发表的论文  64-65
致谢  65

光纤光栅传感技术及其在油气管道腐蚀监测的应用研究

内容摘要

全文目录

相似论文