發(fā)布時(shí)間：2020-03-29 17:16

【摘要】：風(fēng)速測(cè)量在電廠、煤礦以及化工等行業(yè)具有極其重要意義。已知的傳統(tǒng)風(fēng)力計(jì)多以力學(xué)、聲學(xué)以及熱學(xué)等方式進(jìn)行研究,受環(huán)境限制較多。而熱線式光纖風(fēng)速計(jì)正在成為一種被廣泛研究并具有重要價(jià)值的傳感器,但是其存在缺陷,主要表現(xiàn)為幾何修改的光纖結(jié)構(gòu)會(huì)削弱傳感器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度;耦合效率和導(dǎo)熱系數(shù)受到常用材料限制;陣列結(jié)構(gòu)導(dǎo)致傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大。所以針對(duì)以上研究現(xiàn)狀,設(shè)計(jì)了傾斜光纖布拉格光柵熱線式矢量風(fēng)力傳感器。首先提出了一種基于單壁碳納米管(SWCNTs)涂層與傾斜光纖布拉格光柵(TFBG)結(jié)合的新型光纖熱線風(fēng)速儀。結(jié)果表明,開(kāi)發(fā)的風(fēng)速計(jì)TFBG既可以作為光耦合單元又可以作為傳感單元,使得傳感器體積減小,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。單壁碳納米管具有顯著光吸收效率,高達(dá)93%。并且在相對(duì)較低的泵浦功率97.76mW下,光纖局部區(qū)域的最高溫度被加熱到146.1。使用選定TFBG、1.6um薄膜、測(cè)量風(fēng)速為1.0 m/s時(shí),靈敏度為-0.3667nm/(m/s)。其次,熱線式風(fēng)力傳感器多以標(biāo)量為主要研究對(duì)象,并不能進(jìn)行風(fēng)向測(cè)量,所以我們通過(guò)對(duì)傳感器進(jìn)行非對(duì)稱設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行方向識(shí)別。使用FLUENT軟件對(duì)矢量傳感器模型進(jìn)行仿真,對(duì)其在風(fēng)速場(chǎng)、溫度場(chǎng)以及渦街進(jìn)行模擬分析,得出對(duì)于非對(duì)稱碳納米管涂覆的TFBG傳感器,可以辨識(shí)不同風(fēng)向。接下來(lái)使用1:1濃度碳納米管進(jìn)行涂覆,并在電子顯微鏡下使用鉬針對(duì)軸對(duì)稱碳納米管完成非對(duì)稱剝離。經(jīng)過(guò)處理后得出若泵浦功率較大、涂覆厚度較高,則傳感器靈敏度更好,方向辨識(shí)度更強(qiáng)。本文設(shè)計(jì)的傳感器消耗功率低、靈敏度高、體積小,并且對(duì)風(fēng)力風(fēng)向辨識(shí)度較高,可以在特殊環(huán)境下工作,達(dá)到預(yù)期測(cè)量效果。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TP212

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