高灵敏度光纤光栅压力传感器.pdf

武汉理工大学
硕士学位论文
高灵敏度光纤光栅压力传感器
姓名:刘波
申请学位级别:硕士
专业:机械电子工程
指导教师:王俊杰
20100501
中文摘要光纤布拉格光栅沽Υǜ衅髯魑P滦说难沽Υǜ衅髡谌缁鹑巛钡姆⒄埂随着光纤传感器应用的扩大,对高灵敏度光纤压力传感器的需求日趋明显。光纤传感器可以工作高温、腐蚀性、强电磁场及易燃易爆的危险恶劣环境中。这些特性让光纤传感器在市场中的应用不断扩大。作为光纤传感器中不可或缺的一元,光纤布拉格光栅压力传感器也不断完善。光纤布拉格光栅压力传感器信号采用波长调制,与其他光纤传感器相比,更不易受外界参量的影响,具有精确度高、稳定好、易于分布式监测、易于解调等特点。为此,最近几年光纤布拉格光栅压力传感器的饱受瞩目。新的高灵敏度光纤布拉格光栅传感器研究一直不断推陈出新。本课题通过对国内外主流的光纤布拉格光栅压力传感器进行了总结,分析了各种传感器的优缺点。在此基础上设计了薄壁圆筒结构的光纤光栅压力传感器、偏心受力平面膜片的光纤光栅压力传感器和无偏心受力平面膜片的光纤光栅压力传感器三种不同的结构。三种结构测量的压力不断减小,同时精度不断增加。三种结构都考虑了温度的影响,通过结构的被动温度补偿和温度的二次修正,将温度的影响降到最低。通过一系列传感器的结构改进,将偏心传力结构改为中心传力结构使得该传感器的回程误差大为减小。实验数据表明,,其中无偏心受力结构的平面膜片压力传感器为年国内所有光纤光栅类型压力传感器中最高灵敏度。本文涉及机械、材料、信息等多学科知识,主要做了以下工作:隽斯庀瞬祭窆庹さ墓ぷ髟恚治隽斯庀瞬祭窆庹さ挠Ρ洹⑽露取治隽斯谙钟械幕诠庀瞬祭窆庹さ难沽Υǜ衅骷际酰冉细鞲龃ǜ衅的原理,优缺点和实验数据;杓屏吮”谠餐步峁沟墓庀斯庹ぱ沽Υǜ衅鳎峁沟谋欢露炔钩ズ臀露鹊主动实时修正实现了温度的二次去敏。实验数据表明该结构适用于高温高压环境,为高精度压力传感器温度去敏设计、密封设计等提供参考依据;杓屏似氖芰Φ钠矫嬖残文て庀斯庹ぱ沽Υǜ衅鳎笛槭荼砻骰谠形膜片结构的压力传感器灵敏度高于薄壁圆筒结构的传感器,且加工工艺简单:达疢,偏心受力平面膜片压力传感器灵敏度达疢,无偏心受压力传感特性;
武这堡王太堂亟±堂僮途塞杓屏宋奁氖芰Φ钠矫嬖残文て庀斯庹ぱ沽Υǜ衅鳎笛槭荼砻鞲媒构灵敏度达//水柱昧槊舳仍诠谕嘈脱沽Υǜ衅髦写锏领先水平。同时也证明了圆形膜片偏心受力对传感器灵敏度的影响;ü砺酆褪笛榱椒矫孀酆戏治隽巳纸峁勾ǜ衅魇笛槭菸蟛畹脑颍提出了更高精度压力传感器的改进意见。关键词:光纤布拉格光栅残文て吡槊舳龋沽Υǜ衅Ⅱ
.曲,瓻甌/.疢嬲,瓼,,甌筫甈甊羇琣瓵衛琧甆..
班【曲/,,,...—:
研究生┟.刮淀导师┟.≯签名:.垂日期:小唬菏フ独创性声明关于论文使用授权的说明本人声明,所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定,即学校有权保留、送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅;学校可以公布论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。C艿穆畚脑诮饷芎笥ψ袷卮斯娑
⒄,加拿大的等人发现掺锗光纤中的光致折变现象,首次制成‘世纪年代末出现的光电子器件光纤光栅是一种新型的光无源器件。它利用光纤材料的光敏性在光纤内建立的一种空间周期性折射率分布,其作用是改变和控制的光子器件,并极大地开拓了光纤技术的应用范围,为光通信、光传感开拓出一种应用极为广泛的新型光子器件和技术。因此,它很快成为光电子学领域的研究热点并得传感的发展,光纤光栅具有划时代的里程碑的意义。光栅涂4戳斯庀斯庹ぱ芯坑胗τ玫南群印U庖恢匾7⑾值贾铝斯庀斯庋Я煊虻一场技术革命,使得新型光电子器件的研制成为可能。年,美国的等人发明紫外光侧写技术后提高了光纤光栅的写入效率,为光纤光栅实用化奠定了基础。此后光纤光栅理论研究成果口欢洗葱拢缟哪P汀⒌绾汕ㄒ颇P汀⒌缗技幽P汀离子迁移模型、应力松弛模型、压缩/致密模型等。光纤光栅技术不断创新,如载氢技术、掩模技术、调谐技术、复用技术以及系统等。这些使得光纤光栅的研究与应用得到了迅速发展,目前已经成为光子技术领域研究与开发的热点。近年来,光纤光栅传感器应用日益广泛。目前已经报道的光纤光栅传感器检测的物理量包括: