(硕士论文)布拉格光纤光栅传感器理论与实验研究.pdf

统。而且通过采用揪莶杉ń惺莶杉⒋砗腿砑嗫兀迪至讼低车脑摘要光栅光谱建模,分析了传输矩阵法和龙格霹塔这两种方法的区别,并结合两者优点改进了布拉格光纤光栅自从年代末出现以来,由于其良好的滤波特性和灵敏的温度和应变响应,已经在光纤通信、传感和测量领域取得了广泛应用。本文主要对布拉格光纤光栅的准分布式和分布式传感特性进行了理论和实验研究。本文首先对准分布式复用型布拉格光纤光栅传感器系统中的关键技术ǔそ獾进行了理论和实验研究。采用可调谐光纤激光器作为系统光源提高信号强度,数字滤波等信号处理技术提高了系统分辨率,并结合波分复用技术实现了解调速度为直媛饰/塔通道间隔为馄追段г赾波段的复用型准分布式布拉格光纤光栅应变传感器解调系距离自动化实时监测。通过结合金属铝封装和腐蚀光纤光栅相结合的方法,首次提出了新型的温度增敏型布拉格光纤光栅温度传感器封装,封装后的光纤光栅在。疌温度范围内,其等效温度灵敏度比普通光纤光栅提高了约丁U庵址庾安唤鍪迪至斯庀斯庹さ母呶露攘槊舳认数,而且通过替换封装材料和控制光纤腐蚀程度,可以方便地在一定范围内实现各种不同的温度灵敏度光纤光栅传感器,使其可以满足各种需要。对分布式布拉格光纤光栅传感器进行了理论研究,通过对非均匀应变场中的布拉格光纤用于分析非均匀应变的模型;还首次提出了基于退火进化和自适应遗传算法的光纤光栅光谱重构技术,改进了现有的光谱重构方法,使其更加适用于布拉格光纤光栅的分布式传感应用,这种分布式传感可以应用于探测微小结构的应变分布和温度分布。最后,基于布拉格光纤光栅包层模式的谐振波长在一定条件下受到外界折射率的影响的原理,首次提出了采用布拉格光纤光栅包层模式进行折射率传感的方案,并采用光纤三层模型分析了布拉格光纤光栅包层模的折射率传感特性,实验结果表明在恼凵渎范围内,包层模式耦合波长随外界折射率增大丽增大,在接近光纤包层折射率处具有很高的折射率灵敏度,最大达到了痙。关键词:布拉格光纤光栅传感器,准分布式应变传感,分布式应变传感,波长解调,温度增敏,封装,光谱重构,折射率传感.
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第一章绪论光纤传感技术简介传感器的基本作用是将某种形式的输入能量徊舛韵的变化转化为同种或其他某种形式的能量藕的单值变化。光纤传感技术是世纪年代伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的以光波为载体,光纤为媒介,感知和传输外界被测量信号的新型传光纤传感器系统按照光纤在传感系统中的作用可以分为两种类型:功能型和非功能型。功能型光纤传感器中,光纤不仅是光传输媒质,而且是敏感元件;⒉ǔぁ⑾辔弧⑵态和模式分布等庑┎瘟吭诠庀舜渲卸伎赡苁艿酵饨缬跋如,如温度、压力、加速度、电压、电流、位移、振动、转动、弯曲、应变以及化学量的影响⑸浠庀传感器就是根据光波特征参量随这些物理或化学量的变化来检测相应被测参量变化的一种传感器W魑1徊饬啃藕旁靥宓墓獠ê妥魑9獠ùúッ街实墓庀耍氪车牡缪Тǜ器相比,具有一系列独特的优点。光波不产生电磁干扰,也不受电磁干扰,易被各种光探测器件接收,可方便地进行光电或电光转换;光纤的工作频带宽,动态范围大,适合于遥测遥控,是一种优良的低损耗传输线;光纤本身不带电,体积小,重量轻,易弯曲,抗辐射和抗腐蚀性能好,特别适合于易燃、易爆、强腐蚀性等恶劣环境下使用。正是由于这些不可替代的优点,,光纤传感器被认为是传感技术发展的一个主导方向,。已经进入实用化阶段,逐步形成传感领域的一个新的分支,不但在高、精、尖领域得到应用,而且在传统工业领域被迅速推广,其产品本身不断推陈出新,显示了强大的生命力,新的传感原理更是不断出现,促进了科学技术的发展。虽然如此,光纤传感技术现状仍然不能很好的满足实际需要,还存在着有待解决的问题,如某些光纤传感器的输出信号会受到光源波动、光纤传输损耗的变化,探测器老化等因素的影响等。进一步改进敏感元件的制作工艺及结构,探索新的敏感机理,充分发挥微处理器技术和计算机软件功能以改善和补偿光纤传感器的性能,发展数字集成化和自动化、工程化的新型传感系统,。
,并采用驻波法制成世界上第一只光纤光栅刚。但是由于这种刻写方法的效率很低且灵活性差,在光纤光敏性被发现后的十年内未引起很大的注意。直到年,