基于Bragg光栅的炸药熔铸过程温度监测研究

【摘要】光纤布喇格光栅传感器是一种对温度和应力非常敏感的光纤元件，它具有耐腐蚀、绝缘性能好、抗电磁干扰能力强等优点，自二十世纪末产生以来就在光纤通信与传感领域展示了其拥有巨大的发展潜力。由于光纤布喇格光栅传感器具有体积小、复用性强、耐腐蚀、能埋入被测物内部并不会破坏被测物结构等特点，广泛应用于桥梁、大坝、航空飞行器、油轮等的温度与应力监测。炸药熔铸成型的过程中温度是最重要参数之一。炸药熔铸成型技术是目前世界上广泛采用的一种炸药装药技术，广泛应用于以TNT作为载体的炸药中或TNT单质炸药中。炸药熔铸成型过程是一个十分复杂的过程，伴随着很多复杂的物理变化，其中物态变化是最重要的变化之一。熔融态的炸药浇筑到模具中以后，温度会随着熔铸过程的推移慢慢降低，在此过程中液相的炸药会慢慢结晶成为固体，而此过程决定着成型后炸药的质量和特性，并且影响着炸药的使用性能。但长期以来，由于传统温度传感器如热敏电阻、热电偶等为电有源器件，用于炸药熔铸过程的温度监测存在一定的危险性，并且这些器件存在容易受到电磁干扰，反应滞后，不易分布式测量等缺点，不易用于炸药熔铸过程的温度监测。光纤布喇格光栅传感器的传感原理是温度与应力的变化促使光栅中心波长发生变化，通过测量光栅中心波长的变化反推温度与应力的变化。因此，在应用光纤布喇格光栅传感器进行温度测量时消除应力对光栅传感器的作用就显的非常重要。论文中研究了三种不同形式的光栅传感器封装结构，并对其进行了分析和比较，从中选着了一种最好的封装结构作为炸药熔铸温度监测光栅传感器的封装结构；对封装好的传感器进行了标定，并得出了各个传感器的比列因子；应用Labview开发了炸药熔铸温度数据处理软件；设计了基于Bragg光栅炸药熔铸成型温度监测实验，通过实验得出了DNAN液相载体炸药的降温特点和规律。经过去应力封装的光纤布喇格光栅传感器完全去除了炸药熔铸成型过程中炸药体积收缩对光栅中心波长的影响，光栅的中心波长变化只受温度的影响。因此，经过温度标定后的光栅传感器能很好地监测出炸药熔铸成型过程实时温度变化，并且光栅传感器还有体积小不会破坏炸药的温度场，不受电磁干扰等特点。
【作者】闻强；
【导师】王高；王禹泽；
【作者基本信息】中北大学，电子与通信工程，2014，硕士
【关键词】布喇格光栅；温度梯度；炸药熔铸；温度测量；

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