基于光纖光柵分布式傳感網(wǎng)絡(luò)的靜冰壓力在線監(jiān)測系統(tǒng)研究.pdf

1、冰的生消過程廣泛存在于我國高海拔的西北、西南和淮河以北區(qū)域及包括南北極在內(nèi)的許多高緯度高海拔國家和地區(qū)，此過程通常會伴隨著劇烈的物理變化，并對所在區(qū)域的地質(zhì)地貌、水工建筑設(shè)施、水上生產(chǎn)實踐活動、水循環(huán)以及氣候等帶來嚴(yán)重的影響。隨著科技的發(fā)展和人類活動范圍的日益擴(kuò)大，冰生消過程對人們生活產(chǎn)生的影響日益突出，由此，我們迫切需要深入了解冰的生消變化及其變化過程中伴隨的冰層力學(xué)特性的變化，為我們研究氣候變化、人類活動對氣候的影響及人類的生產(chǎn)實踐

2、活動提供最直接的科學(xué)依據(jù)。
　　近年來，世界各地研究組織都日趨重視高寒地區(qū)的冰水情研究工作。在國內(nèi)，太原理工大學(xué)以秦建敏教授為主的項目組經(jīng)過多年的實驗研究和工程實踐，研制了基于空氣、冰和水電阻特性差異檢測原理的冰厚傳感器，并成功應(yīng)用于南北極科考和黃河水文觀測。但對于冰荷載對各種結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的冰力，我們我們需要進(jìn)一步研究冰生消過程的力學(xué)強度變化，已掌握更完整的水文信息?；谝陨涎芯勘尘?，本文作者在國家自然科學(xué)基金項目“基于空氣、冰與水物

3、理特性差異的冰層生消過程與力學(xué)強度連續(xù)在線檢測原理研究(51279122)”的資助下，提出了一種基于光纖光柵傳感器的靜冰壓力監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案。
　　光纖光柵傳感器是一種新型的光纖傳感器，具有可靠性好、測量靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾及便于分布式測量等優(yōu)點。本論文主要包括以下幾個方面研究:
　　(1)根據(jù)冰檢測的特點及冰情檢測現(xiàn)場惡劣的自然環(huán)境，我們對傳統(tǒng)的光纖封裝結(jié)構(gòu)作出了改進(jìn)，設(shè)計了具有硬質(zhì)膜片的雙光纖光柵封裝，以減少傳感器

4、的邊沿?fù)p耗、實現(xiàn)實時溫度補償。
　　(2)采用波分復(fù)用技術(shù)，并結(jié)合可調(diào)諧光纖F-P濾波器的波長解調(diào)方法，設(shè)計了具有分布式網(wǎng)絡(luò)的靜冰壓力監(jiān)測系統(tǒng)。
　　(3)根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)的要求設(shè)計了硬件電路，主要包括基于光纖F-P濾波器的波長解調(diào)系統(tǒng)、光電信號的采集與處理電路、控制系統(tǒng)電路等。
　　(4)在監(jiān)測系統(tǒng)硬件電路的基礎(chǔ)上進(jìn)行了系統(tǒng)軟件的設(shè)計，主要包括系統(tǒng)主程序、鋸齒波掃描電壓的發(fā)生、數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的存儲與發(fā)送、串口通信等部分