基于光纤侧向耦合效应的漏水监测系统关键技术研究

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水下的潜航器在水下的航行过程中需要良好的水密性来,防止海水浸入潜航器,然而在设计中不能真正模拟潜航器在水下的环境,因此对于在航行过程中的密闭性检测非常有必要的。水下潜航器内部结构复杂,需要监测的漏水点位众多,所以传感器的结构应该简易且便于安装,同时需要一定的柔韧性,另一方面要求传感器能应对较强的电磁干扰环境,传统的电测法几乎失效。针对上述问题,设计设计了一种新型的漏水传感监测系统,具有针对性、高实时性、高分辨等特性,而且还具有重要的现实意义。系统基于光纤侧向耦合效应,利用漏水事件改变传感探针耦合区域介质的折射率,引起输出光强突变的原理,设计了相关解调电路与上位机用户界面。系统详细介绍了漏水监测系统中传感器检测控制模块、漏水位点定位模块、弱光检测模块、信号采集和数字滤波模块、STM32主控模块、RS-422传输控制模块、用户界面模块等。采用寻址定位的方式完成漏水位点的定位,寻址的方式是采用主控芯片不断下发循环递增码,结合寻址电路,控制传感探针工作;弱光检测模块作用实现光电的转化,同时使得信号满足信号采集的标准;由于光信号容易引入外部干扰,为了防止对漏水检测信号的误判,也为了降低模拟电路的设计难度,设计数字滤波模块;传感器设计为带式样式,每条传感带的测量范围为1m,系统将多条传感带级联在一起,实现长距离监测;采用RS-422总线和异步通信方式,将每一条传感带所产生的数据逐一向下一条转发,直至数据进入上位机;上位机用户界面直观反映每条传感带的每一个传感探头的状态,通过标定没有漏水的状态,上位机将有无漏水的传感器数据转化为布尔指示,布尔元件的坐标对应每个传感探头,通过观察布尔元件的状态和坐标,获悉传感器检测的漏水状态和漏水位点。结果表明,漏水监测系统可以达到测量范围>6m,定位精度<5cm,单点检测时长<25ms,系统周期检测时间<1s,漏检和误检率≤10%。最后对所设计的漏水监测系统整体功能进行测试,漏水监测系统性能稳定,基本满足设计要求。
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