基于光纤光栅超声波调制效应的粘度测量方法研究

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1、内图书分类号：TN249密级：公开国际图书分类号：621.391.6西南交通大学研究生学位论文基于光纤光栅超声波调制效应的粘度测量方法研究年级2015姓名张小强申请学位级别硕士专业电子与通信工程指导老师易安林二零一八年六月二十四日ClassifiedIndex:TN249U.D.C:621.391.6SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisRESEARCHONVISCOSITYMEASUREMENTMETHODBASEDONULTRASONICMODULATIONEFFEC

2、TOFFIBERBRAGGGRATINGSGrade:2015Candidate:XiaoqiangZhangAcademicDegreeAppliedfor:MasterSpeciality:ElectronicandCommunicationEngineeringSupervisor:AnlinYiJune24.2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要粘度是流体重要物理性质之一，反映运动过程中流体各分子间的内摩擦力。对工业生产中产品质量评定与科学研究中流体性质评估具有重要意义。对于低粘度流体如四氯化碳、水、葡萄

3、糖溶液等，一般是采用毛细管式粘度测量方法测量其粘度，但该测量方法存在内壁易受被测样品颗粒堵塞、测量时间长与清洗干燥操作复杂的缺点。针对低粘度流体，本文提出了一种基于FBG(FiberBraggGrating,FBG)弯曲波调制效应的新型粘度测量方法，从以下几个方面介绍基于FBG弯曲波调制效应的粘度测量方法研究工作：1.超声波在FBG中的传输形式主要为纵波与弯曲波，基于耦合模理论分析了FBG纵波与弯曲波调制现象。纵波在FBG中传输时，沿光栅方向产生周期性应变调制FBG周期，使FBG中心波长的两侧产生各阶边带。弯曲波在FBG中

4、传输时，垂直光栅轴向方向产生周期性应变调制FBG折射率，若声波频率满足相位匹配条件，会激发FBG纤芯与包层模式的同向耦合，进而调制中心波长的反射系数并在其左侧调制出诱导通道。2.FBG超声波调制效应的数值分析。模拟FBG声学振动特性，分析声波频率与功率对FBG周期性应变的影响。结合声学振动特性与超声波调制原理，数值分析声波频率与功率对FBG光谱的影响。基于流固耦合原理，模拟分析液体粘度对FBG振动特性的影响。3.搭建FBG超声波调制实验平台，验证了FBG超声波调制现象。纵波频率越大，调制边带与中心波长的差值越大。纵波功率越

5、大，FBG中心波长反射光功率越小，调制边带的反射光功率越大。弯曲波满足相位匹配条件时，弯曲波功率越大，FBG中心波长反射光功率越小，诱导通道反射光功率越大。基于FBG弯曲波调制效应，测量不同液体粘度下FBG中心波长反射光功率的变化，得到二者的关系。实验验证该方法的可行性。关键词：光纤光栅；超声波调制；数值分析；弯曲波；粘度测量西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractViscosity,whichreflectstheinternalfrictionbetweenfluidmoleculesduringexer

6、cise,isoneoftheimportantphysicalpropertiesofafluid.Anditisofgreatsignificanceforproductqualityassessmentinindustrialproductionandfluidpropertiesassessmentinscientificresearch.Generally,forlow-viscosityfluidssuchaswater,carbontetrachloride,glucosesolutionetc.,theca

7、pillarymethodisusedtomeasuretheviscosity.However,thismeasurementmethodhasthedisadvantagethattheinnerwallofcapillaryiseasilyblockedbythemeasuredsampleparticles.Moreover,thismethodalsotakeslongtimeandcomplicatedcleaninganddryingoperation.Forlow-viscosityfluids,thisp

8、aperproposesanewviscositymeasurementmethodbasedonFBG(FiberBraggGrating)flexuralwavemodulation,andtheresearchworkontheviscositymeasurementmethodbasedonFB