光纤光栅振动传感技术研究

论文摘要

随着社会的发展和进步,石油、天然气和煤等资源被人们不断的开采,常规油气藏变得越来越少,为了解决这一问题,寻找和开发非常规有油气藏成了主要的解决办法。由于非常规油气藏具有与常规油气藏不同的分布规则,使得勘探常规油气藏的勘探仪器已经不再适用,需要对勘探仪器进行改良,或者研制出新的勘探仪器。光纤光栅振动传感器具有抗电磁干扰性强、抗腐蚀性强、体积小、重量轻、灵敏度高等优点。为此,本文主要开展了对光纤光栅振动传感器的研究。本人对传统振动传感技术的发展动态、光纤光栅的基本原理和光纤光栅在振动传感技术上的应用原理进行了深入学习,对光纤光栅在勘探领域中的优势进行了总结,并对它的发展现状进行了简要的综述。论文主要工作内容如下:1.首先,对悬臂梁结构的光纤光栅振动加速度传感器的基本特性进行了仿真和实验两方面的研究。为了提高加速度振动传感器的灵敏度,把光纤光栅完全粘贴在悬臂梁上的方式改为悬空的两点粘贴方式,并且进行了实验研究,最终实验结果表明:悬空粘贴光纤光栅的振动传感器的固有频率为90Hz,平坦区域为10-50Hz,灵敏度为121pm/g,比光栅完全粘贴在悬臂梁上的传感器灵敏度提高了3.67倍。2.提出了一种滑动杆式的光纤光栅振动传感器,在滑动杆的作用下,光纤光栅受到了水平和竖直两个方向上的作用力,对它们进行了实验研究,实验结果表明:滑动杆式的振动传感器的固有频率为62Hz,平坦区域为10-40Hz,传感器的灵敏度为52.8pm/g;而只沿光纤轴向上受力的传感器灵敏度为30.9pm/g;相比之下,光纤光栅受到两个方向上的力确实能够提高传感器的灵敏度。3.最后,对悬臂梁的疲劳寿命、等效交变应力、疲劳安全系数等进行了研究。为了延长悬臂梁的疲劳寿命,对悬臂梁的尺寸进行了优化,最终结果表明,优化后的尺寸使得悬臂梁的疲劳寿命有所延长。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 光纤光栅振动传感器的研究背景
•   1.2 光纤光栅传感技术的发展与研究现状
•     1.2.1 光纤光栅传感技术的发展历程
•     1.2.2 光纤光栅振动传感器的研究进展
•   1.3 论文研究的目的与意义
•   1.4 论文研究的主要内容
• 第二章 光纤光栅振动传感器的基础理论
•   2.1 光纤光栅的结构
•   2.2 光纤光栅的分类
•   2.3 光纤光栅的刻写技术
•   2.4 光纤光栅传感原理
•   2.5 光纤光栅耦合模理论
•   2.6 光纤光栅振动传感器的力学模型与特性分析
•   2.7 光纤光栅振动传感器的固有频率分析
•   2.8 光纤光栅振动传感器的灵敏度分析
•   2.9 本章小结
• 第三章 基于悬臂梁结构的光纤光栅振动加速度传感器
•   3.1 振动加速度传感器的结构与工作原理
•   3.2 振动加速度传感器的理论分析
•   3.3 悬臂梁式振动传感器特性仿真
•     3.3.1 有限元简介
•     3.3.2 振动传感器固有频率仿真
•     3.3.3 振动传感器悬臂梁形变与刚度仿真
•     3.3.4 质量块变化对固有频率影响的仿真
•   3.4 振动加速度传感器特性实验研究
•     3.4.1 振动加速度传感器特性研究的平台系统
•     3.4.2 振动加速度传感器幅频特性研究
•     3.4.3 振动加速度传感器灵敏度特性研究
•   3.5 基于悬臂梁结构的改进型振动加速度传感器
•     3.5.1 改进后的光纤光栅振动传感器的结构设计
•     3.5.2 振动传感器改良设计的可行性分析
•     3.5.3 振动传感器的幅频响应特性研究
•     3.5.4 振动传感器的灵敏度特性研究
•   3.6 本章小结
• 第四章 一种新型滑动杆式光纤光栅振动传感器研究
•   4.1 振动加速度传感器的结构与工作原理
•   4.2 振动加速度传感器的理论分析
•   4.3 振动传感器动态响应特性的实验研究
•     4.3.1 振动加速度传感器特性研究的平台系统
•     4.3.2 振动加速度传感器幅频特性研究
•     4.3.3 振动加速度传感器灵敏度特性研究
•   4.4 光纤光栅沿光纤轴向产生应变的灵敏度特性测试实验
•   4.5 实验结果分析
•   4.6 实验装置的限位研究
•     4.6.1光纤光栅的应变极限值测量实验
•     4.6.2 限位装置位置分析
•   4.7 本章小结
• 第五章 传感器悬臂梁的疲劳分析与优化改进
•   5.1 疲劳分析的基本理论
•     5.1.1 静疲劳理论
•     5.1.2 疲劳寿命
•     5.1.3 疲劳抗力曲线
•     5.1.4 影响疲劳强度的因素
•   5.2 悬臂梁疲劳仿真实验
•     5.2.1 建立仿真模型
•     5.2.2 添加材料信息
•     5.2.3 网格划分
•     5.2.4 施加固定约束与载荷
•     5.2.5 设置求解项
•     5.2.6 求解结果
•     5.2.7 疲劳结果分析
•   5.3 振动传感器悬臂梁的优化改进
•   5.4 优化改进以后的悬臂梁疲劳分析
•     5.4.1 疲劳仿真结果
•     5.4.2 优化以后的疲劳结果分析
•     5.4.3 两次疲劳分析的对比结果
•   5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 全文工作总结
•   6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张星

导师: 贾振安

关键词: 光纤光栅,加速度传感器,悬臂梁,滑动杆

来源: 西安石油大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 地质学,地球物理学,自动化技术

单位: 西安石油大学

基金: 陕西省教育厅重点实验室科研计划项目“微纳光纤光栅制作及其折射率研究”(编号:17JS105),陕西省“13115”科技创新工程重大枯寂专项项目“长输油气管线光纤光栅温度压力与应变传感检测系统”(编号:2009ZDKG-42)

分类号: TP212;P631.4

总页数: 61

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