基于光纤光栅的铝电解槽高温在线监测技术研究与应用

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1、山东大学硕士学位论文摘要铝是当今世界最常用的工业金属之一，是国民经济发展的重要基础原材料。自1886年美国的霍尔和法国的埃鲁特同时发明了电解法制铝工艺之后，铝电解工艺得到了迅速发展，但对铝电解槽槽壳温度的测量，仍采用人工间断测量技术，该技术落后，投入人力物力大、精度低，不能及时发现漏槽病槽故障隐患。因此，迫切需要实现对铝电解槽槽壳温度的自动连续实时监测。论文首先介绍了光纤、光栅的基本结构和应用现状，以及高温光纤光栅传感器的研究和应用现状。然后重点论述了光纤光栅的理论模型，推导得出了基于耦合模理论的温度传感模型。根据光纤光栅传感器体积小、灵敏度高、稳定可靠、抗电磁干扰、易于构成多点分

2、布式测量系统等的优点，又对比目前常用的几种温度检测技术，论文提出了基于光纤光栅传感技术的铝电解槽槽壳温度的实时在线监测系统方案。项目的研究实现，将填补国内空白，为铝电解槽槽壳温度检测提供一种有效的技术手段，可及时避免漏槽事故的发生。通过长达一年的技术方案可行性调研和基础研究、设计工作，根据兖矿科澳铝业有限公司铝电解槽槽壳测温点的测温要求，对系统的综合布线、传感器的封装与现场安装、光信号传输系统的各部分进行了优化设计，并分别从光功率损耗和波分复用技术要求两方面详细分析了该系统的可行性和可靠性。针对光纤光栅温度传感器进行了测高温实验，搭建了温度校验平台，并对实验数据进行了详细分析。本系

3、统的软件分为LabVIEW数据采集系统、监控系统终端软件以及SOL数据库三个部分。由于解调仪sml25自带解调软件不能满足系统的功能需求，因此对其二次开发，加入了光开关控制程序和数据存储等功能，光开关控制程序包括手动控制及自动控制两部分。通过设定门限实现超温预警、报警，系统具有声、光报警装置。可根据现场需要对某一特定测温点实现连续测温、记录、显示及历史数据查询。通过系统的现场运行，得知光纤传感器的连续测温不仅及时观测了温度的变化，还能通过连续记录的温度变化趋势分析槽内的反应情况，为安全生产起到了山东大学硕士学位论文重要作用。关键词：铝电解槽测温；光纤光栅传感器；传感器标定；测温Ⅱ山

4、东大学硕士学位论文ABSTRACTAluminumisonel(iIldofthemostcommonlyusedmetalsandallimportantbasicrawmaterialforourcountry’Seconomydevelopment．SinceCharlesMartinHallfromtheUSAandPaulLouisHeroultfromtheFranceinventedtheelectrolysistechnicstoproducealuminumatthesametimein1886，Aluminum-electrolysistechnologyhas

5、beendevelopedrapidly,butthetemperaturemeasurementofAluminum·electrolysistroughisstillusingthetechnologyofcontinuousmeasurement．，whichisverybehindhand，wastesmanpowerandmaterialresourcesbutloweffects，Thistechniquealsoharmsworker’Sbodyhealthandcouldn’tmeasurehiddentroubleintime．Soit’Scryforrealiz

6、eautomatically,continuouslyandreal-timemeasurementtotheAluminum—electrolysistrough’Stemperature．Inthispaper,thefiberBragggrating’Sbasicconfiguration，applingactualityandtheresearchandapplication’SactualityoftheFBGhightemperaturesensorswereintroduced．ThenthetheorymodeloffiberBragggratingwasdiscu

7、ssedandatemperaturemodelwhichisbasedoncouplingmodeltheorywasdeduced．ThefiberBragggratingsensorhasmanyadvantagessuchassmallvolume，highsensitive，steady,re—electromagnetically,bepronetocomposingdistributedmeasuresystemetc．Contrastseveralhi