摘 要

随着人民物质水平的不断提高，人们追求更多样的精神文化，舞台演出就是一个重要的组成成分。随着临时舞台演出的增多，许多事故也因此发生，人们对舞台演出的安全性提出了更高的要求,舞台安全系统应运而生。

本文主要是设计一个临时舞台温度监测系统，以光纤光栅为核心，设计一种存有预弯曲的封装结构，选用1Cr18Ni9Ti不锈钢进行外壳封装，传感器制作完成后进行性能测试，最后通过标定并校准其灵敏度。此外，还加入了温度显示和报警功能，利用解调仪将数据传输至上位机进行显示。

本文最终完成了传感器的设计和在舞台上的布局，实现了线性，重复性和灵敏度的验证，并通过传感器在舞台上的应用证明了本次设计的可行性。该温度监测系统具有精度高，可复用，使用寿命长和及时报警的特点， 能有效地预防舞台火灾的发生。

关键词：光纤光栅；临时舞台；灵敏度；标定

Abstract

With the continuous improvement of the people's material level, people began to pursue more diverse spiritual cultures, stage performances are an important component. With the increase of temporary stage performances, many accidents have also occurred. People have put forward higher requirements for the safety of stage performances, and stage safety systems have emerged.

This article is mainly to design a temporary stage temperature monitoring system, using fiber grating as the core, designing a pre-bent package structure, using 1Cr18Ni9Ti stainless steel for the shell package, performing the performance test after the sensor is completed, and finally calibrating and calibrating its sensitivity . In addition, temperature display and alarm functions are added, and the demodulator is used to transmit data to the host computer for display.

This paper finally completed the design of the sensor and the layout on the stage, and achieved the verification of linearity, repeatability and sensitivity, and proved the feasibility of this design through the application of the sensor on the stage. The temperature monitoring system has the characteristics of high precision, reusability, long service life and timely alarm, which can effectively prevent the occurrence of stage fires.

Key Words：Fiber Bragg grating; temporary stage; sensitivity; calibration

目 录

第1章 绪论 1

1.1选题背景及其意义 1

1.1.1选题背景 1

1.1.2选题的意义 3

1.2国内外临时舞台安全的研究现状 3

1.3论文主要结构 5

第2章 传感器测量原理及封装 6

2.1临时舞台温度测量方式的选择 6

2.2光纤光栅应变原理 7

2.2.1光纤光栅的发展 7

2.2.1布拉格光纤光栅结构与原理 8

2.2.2光纤光栅应变的传感模型 9

2.3光纤光栅温度传感器设计及其封装 10

2.3.1结构设计 10

2.3.2封装步骤 11

第3章 传感器性能测试及温度可视化 12

3.1 实验设备及实验对象 12

3.1.1实验器材 12

3.1.2整体实验对象 13

3.2传感器性能验证 13

3.2.1重复性线性及灵敏度验证 13

3.2.2光纤光栅温度传感器可靠性试验 15

3.3温度数据可视化 17

3.3.1虚拟仪器开发平台LabVIEW的创建过程 17

3.3.2系统软件设计的流程图 18

3.3.3温度报警功能设计 18

第4章 传感器安装方式及标定 21

4.1传感器安装方式分析 21

4.1.1一种带安装孔的单端光纤光栅温度传感器 21

4.1.2铜基座固定式安装 22

4.1.3简易粘贴的固定式安装 23

4.2传感器的标定 23

4.2.1传感器标定方法 23

4.2.2实验结果 24

4.2.3实验误差分析 25

4.2.4标定算法 26

第5章 光纤光栅传感器舞台应用 29

5.1传感器布局 29

5.1.1光纤光栅传感器布置方案 29

5.2传感器舞台监测应用 30

5.2.1 NTC传感器对舞台监测分析 30

5.2.2光纤光栅传感器对舞台监测分析 32

5.3实验结果对比 34

第6章 总结及展望 35

6.1本文总结 35

6.2本文展望 36

参考文献 37

第1章 绪论

1.1选题背景及其意义

1.1.1选题背景

随着科技和演艺业的不断发展，各种演出中新的特效新的技艺不断涌现，人们一方面得到视听上的满足，一方面期待着更奇妙的特效与技艺，人们对精神文化的需求不断变大，其中之一就有户外演出活动的不断增加。然而，在临时舞台这一方面还存在许多漏洞，发生了较多的事故，许多鲜活的生命因此丧生。这种事情一旦发生，后果不堪设想，公众对这方面的安全问题越发重视。

临时舞台演出^[1]作为现代文化一个重要的表现形式，在宣传活动和演出各方各面都有体现，比如各个城市的跨年演出会，各种歌唱比赛，各类运动会，一些节日的聚会等，临时舞台的搭建对它们来说都至关重要，都需要临时舞台配有良好的设备如音响和灯光来满足活动的必备条件，增强它的表现形式，所以人们对它的安全问题也越来越重视，毕竟安全是活动能顺利进行的前提。另一方面，舞台的功能越多，表演形式越丰富，对临时舞台的搭建要求就越高，因此存在的问题也会越多。近年来，类似的舞台安全事故^[2]已经发生多起。事发场地，从大学音乐厅到剧场再到明星演唱会现场，都有存在。比如近些年来发生了三件关于临时舞台的大型事故：深圳龙岗俱乐部发生舞台起火事件，导致43人死亡，88人受伤，其中51人需住院治疗，如下图1-1；同样在前年布鲁诺·马尔斯（在格拉斯哥的户外演唱会舞台突然着火，他被迫紧急撤离；其中最严重的就是新疆克拉玛依火灾安全事故，1994年12月8日，克拉玛依市教委和新疆石油管理局教育培训中心在克拉玛依市友谊馆举办迎接新疆维吾尔自治区“两基”评估验收团专场文艺演出活动。全市7所中学、8所小学的学生、教师及有关领导共796人参加。在演出过程中，突发大火，导致325人死亡，132人受伤。这起火灾安全事故是舞台纱幕后12个光柱灯中的第七号灯因离纱幕太近烤燃起火导致的。这些关于舞台演出的事故不可忽视。这些事故的原因可能不尽相同，但都暴露了舞台安全管理上存在着较大的问题，而且极大的危害到了现场人员的生命安全。

有些临时舞台的搭建公司为了经济利益，想着临时舞台只是一次性的东西，只考虑在平稳条件下舞台的安全问题，却没有多去考虑各类极端条件下可能发生的问题，一旦火灾等突发情况，舞台的安全性就关系到了现场的每一个人，有极大的风险，像之前提到的王者荣耀总决赛舞台坍塌就是因为大风的原因。现阶段临时舞台安全存在以下几个问题: