發(fā)布時間：2020-03-29 17:16

【摘要】：風速測量在電廠、煤礦以及化工等行業(yè)具有極其重要意義。已知的傳統(tǒng)風力計多以力學、聲學以及熱學等方式進行研究,受環(huán)境限制較多。而熱線式光纖風速計正在成為一種被廣泛研究并具有重要價值的傳感器,但是其存在缺陷,主要表現(xiàn)為幾何修改的光纖結(jié)構(gòu)會削弱傳感器結(jié)構(gòu)強度;耦合效率和導熱系數(shù)受到常用材料限制;陣列結(jié)構(gòu)導致傳感器結(jié)構(gòu)復雜、體積較大。所以針對以上研究現(xiàn)狀,設(shè)計了傾斜光纖布拉格光柵熱線式矢量風力傳感器。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速儀。結(jié)果表明,開發(fā)的風速計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)簡化。單壁碳納米管具有顯著光吸收效率,高達93%。并且在相對較低的泵浦功率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、測量風速為1.0 m/s時,靈敏度為-0.3667nm/(m/s)。其次,熱線式風力傳感器多以標量為主要研究對象,并不能進行風向測量,所以我們通過對傳感器進行非對稱設(shè)計來進行方向識別。使用FLUENT軟件對矢量傳感器模型進行仿真,對其在風速場、溫度場以及渦街進行模擬分析,得出對于非對稱碳納米管涂覆的TFBG傳感器,可以辨識不同風向。接下來使用1:1濃度碳納米管進行涂覆,并在電子顯微鏡下使用鉬針對軸對稱碳納米管完成非對稱剝離。經(jīng)過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,方向辨識度更強。本文設(shè)計的傳感器消耗功率低、靈敏度高、體積小,并且對風力風向辨識度較高,可以在特殊環(huán)境下工作,達到預(yù)期測量效果。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP212

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本文編號：2606270