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面向物联网应用的大容量光纤光栅传感网络的研究

韩悦文  
【摘要】:物联网是物物之间的互联网络,通过传感网络和计算机网络使物物之间进行信息交互,在智能交通、环境监测、政府工作、智能消防、工业监测、食品溯源等多个领域有广泛的应用,是21世纪重要的智能化信息基础设施。而传感器技术、信号传输技术和智能信息处理技术是物联网的技术基础,因此本文从物联网对传感器及其网络的要求出发,针对传统光纤传感网络的在系统容量、多参数测量等方面的不足,研究面向物联网的大容量光纤光栅传感网络。 本文的主要内容包括: 一、理论分析并模拟了大容量光纤光栅传感网络的系统性能,结果表明:以超低反射率光纤光栅构成的大容量光纤传感网络性能优良。 二、设计并制作了时域反射式低反射率光纤光栅传感网络,试验了在线写入光纤光栅阵列的方法,并对此传感网络的性能进行测试。 (a)对其空间定位功能进行测试,结果表明,其空间定位功能优良。 (b)对其应力响应进行测试,结果表明其应变响应良好。 (c)对其波长噪声进行测试,得到0.02nm的波长典型测量精度,可知系统噪声对波长测量的精度影响较大。 (d)以火灾报警的光纤传感系统为应用实例,对其测量速度进行测试,得到单次扫描的时间为4s以内,速度较快。 三、设计并制作了频域反射式光纤光栅传感网络,并对其进行理论分析和模拟,设计了相应的测量程序,并对优化后的方案进行了实测。结果表明:增加了可用带宽,也提高了有效扫描时间和扫描的平稳性。 结合频域反射技术与时域反射技术各自的优点,设计了一种光纤传感网络的新方案,实现高低分辨率相结合。 四、将大容量、多参数光纤光栅传感网络技术、自动化技术、通信技术、数据处理技术及桥梁安全评估技术等应用于桥梁工程领域,构成了物联网系统,以实时监测反映桥梁安全状况的关键参数,并加以分析,以此可合理地进行交通管制;并科学地指导工程决策,实施有效的桥梁养护、维修与加固工程。


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