探究一种利用fbg传感器的火灾监测系统研究

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1、沈阳建筑大学硕士学位论文一种利用FBG传感器的火灾监测系统研究姓名：丁傲申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：阎石.2009-01硕士研究生学位论文摘要Ⅰ摘要火灾会造成重大的人员伤亡和财产损失，如何在火灾早期发现它是人类一直在研究的热点问题。感温火灾探测作为最直接有效的火灾探测方法更是备受关注。由于传统感温探测器存在很多问题，火灾早期探测问题始终没有得到圆满解决，光纤Bragg光栅具有对温度非常敏感，加上其不带电工作，以及其波长编码式的信号也可由光栅解调仪直接解读显示等优点，由多光纤Bragg光栅组成的传感网

2、络为实现大型土木工程结构的火灾探测开辟了新的发展途径。本文对光纤Bragg光栅作为温度传感器用于火灾探测的可行性进行了试验和理论研究，主要包括下列主要内容：首先介绍了光纤光栅的国内外研究现状和发展趋势。然后介绍了火灾自动报警系统的基本要求、现状和发展趋势，阐述了火灾基本现象和常用火灾信息探测方法，以及常用火灾探测器的性能指标和选用原则。再次主要讲述光纤Bragg光栅感温探测的基本原理，包括光纤基本结构和传输原理、光栅写入方法、耦合模理论推导Bragg方程、以及光纤Bragg光栅分别在温度、应变、压力、磁场作用下的

3、工作原理等内容。此外还重点分析比较了目前比较常用的几种光纤温度传感器的优缺点，说明光纤Bragg光栅与它们相比具有突出的优势。紧接着为光纤Bragg光栅火灾报警系统的设计和实验，包括Labview软件介绍和光栅解调硬件平台介绍，光纤Bragg光栅温度传感器的制作以及性能标定，火灾报警系统设计，测温实验和传感器布置优化等内容。提出了一种抗干扰能力强的光纤Bragg光栅温度传感器，并在Labview上编制了相应火灾报警程序，报警阈值设为68℃，并进行了实验验证。本文提出的光纤Bragg光栅火灾报警系统具有方便操作、反

4、应及时、数据可靠等特点。再后为光纤Bragg光栅温度光学特性的数值模拟。理论分析表明，虽然光纤Bragg光栅的温度特性严格上说并不是线性的，但在环境温度比较低时可以看作是线性变化的。数值模拟表明光纤Bragg光栅的温度反射谱和功率谱都关于中心峰值波长对称，随温度增加朝长波长方向移动。反射谱峰值宽度并不是随着温度增加而变大，它在-50℃附近有极小值.功率在-50℃附近有极大值点，普通光纤Bragg光栅的适用温度范围在-37℃～134℃之间。将传感器性能的数值模拟结果和实际标定结果进行了比较，验证了本文提出的光纤Br

5、agg光栅温度传感器特殊封装技术的有效性。最后为总结和展望。关键词：光纤Bragg光栅；温度传感器；火灾探测；Labview软件；温度特性；数值模拟硕士研究生学位论文AbstractIIIAbstractFiredisasterforbuildingengineeringcancauseseveredamageoflifeandproperty，thefireforecastinginadvanceisgreatlymeaningfulincivilengineering.Temperaturefiredetec

6、tionisthemostdirectandeffectivemethod,aconstantconcern.Sincetraditionalthermaldetectorshavemanyproblems,TheissueofearlydetectionoffireHasnotbeensatisfactorilyresolved.FiberBraggGratingisverysensitivetotemperature,togetherwithitsnon-charged,aswellasitswaveleng

7、thsignalcodingstyle.ThesensingnetworkcomposedBymulti-FBGsensorshasopenedupanewdeveloppathoflarge-scalecivilengineeringstructure’sfiredetection.Inthispaper,studyonfeasibilityaboutfiberBragggratingasatemperaturesensorforfiredetection,withtestsandtheoreticalstud

8、y,mainlyincludingthefollowingelements:chapter?introducedthedomesticandinternationalfibergratingresearchanddevelopmenttrends.ChapterIIintroducedtheautomaticfirealarmsystem,thebasicrequirem