光纖光柵二維矢量振動(dòng)傳感器.pdf

1、光纖傳感技術(shù)的發(fā)展始于20世紀(jì)70年代,它以光纖為物理媒質(zhì)、以光波為信息載體,具有結(jié)構(gòu)小巧、靈敏度高、抗電磁干擾、絕緣性好、耐腐蝕、本質(zhì)安全以及便于多點(diǎn)組網(wǎng)和遠(yuǎn)距離遙測(cè)等優(yōu)點(diǎn),光纖傳感器按照其傳感機(jī)理可以分為多種類(lèi)型,比如光纖干涉型、強(qiáng)度調(diào)制型、光纖光柵型、光纖激光型等。振動(dòng)傳感器在建筑物結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)、地震災(zāi)害預(yù)防、石油天然氣勘探等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。因此,振動(dòng)傳感器市場(chǎng)空間非常巨大?，F(xiàn)有振動(dòng)傳感器在限定振動(dòng)感測(cè)方向的情況下能夠很好地工

2、作,可滿(mǎn)足一般場(chǎng)合下對(duì)指定待測(cè)物的結(jié)構(gòu)或者運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。但是如果監(jiān)測(cè)對(duì)象是未知的振源,因?yàn)闊o(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)方向的準(zhǔn)確識(shí)別,所以效果不佳。針對(duì)這一問(wèn)題,本文提出了基于多模傾斜光纖光柵的二維振動(dòng)傳感器和基于保偏光纖光柵的方向可識(shí)別矢量振動(dòng)傳感器。其工作原理是,對(duì)于多模傾斜光纖光柵二維振動(dòng)傳感器,包層模能量的變化正比于光纖振動(dòng)的幅度,我們利用多模光纖和單模光纖纖芯直徑的不匹配性,將多模傾斜光纖光柵中后向傳輸?shù)陌鼘幽Ｖ匦略亳詈线M(jìn)入單模光纖纖芯

3、,而包含了包層模的包層-纖芯耦合能量非常敏感于光纖微彎曲或光纖振動(dòng),因此,我們可以通過(guò)探測(cè)后向傳輸?shù)陌鼘幽Ｄ芰孔兓?從而得到振動(dòng)頻率相關(guān)信息。對(duì)于保偏光纖光柵的方向可識(shí)別矢量振動(dòng)傳感器,保偏光纖光柵激發(fā)的包層模具有極高正交偏振特性,利用單模光纖與保偏光纖纖芯不一致特性,通過(guò)簡(jiǎn)單的纖芯對(duì)準(zhǔn)熔接方式有效地將保偏光纖光柵反向激發(fā)的包層模耦合回單模光纖纖芯。而互相正交的包層模分別對(duì)應(yīng)振動(dòng)的兩個(gè)垂直方向,強(qiáng)度可由反向的包層模強(qiáng)度讀出。通過(guò)計(jì)算強(qiáng)度

4、比就可以分析出振動(dòng)的具體方向。
　　本論文主要內(nèi)容如下:
　　(1)詳細(xì)介紹了光纖傳感特別是光纖光柵傳感的發(fā)展歷程,講述了使用不同方法來(lái)進(jìn)行振動(dòng)傳感的優(yōu)缺點(diǎn),闡述了使用光纖光柵來(lái)進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)講述了現(xiàn)有光纖光柵技術(shù)進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量的不足之處在于無(wú)法進(jìn)行二維振動(dòng)傳感,即無(wú)法通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定振動(dòng)的方向,而本文提出的兩種方法正好彌補(bǔ)了這一方面的缺點(diǎn),同時(shí)本文還介紹了光纖光柵不同的較為詳細(xì)的制備方法。
　　(2)提出了一

5、種基于多模傾斜光纖光柵進(jìn)行二維振動(dòng)傳感的方法。詳細(xì)闡述了通過(guò)多模TFBG進(jìn)行二維振動(dòng)傳感的整個(gè)傳感機(jī)理,基于兩個(gè)垂直方向?qū)Χ嗄FBG內(nèi)部相應(yīng)模式的影響不同來(lái)將兩個(gè)不同方向的振動(dòng)反應(yīng)到不同的兩個(gè)模式,振動(dòng)的大小可以由幅度給出。搭建整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),找出通過(guò)多模TFBG進(jìn)行二維振動(dòng)傳感的具體方法,得到具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果并通過(guò)相關(guān)軟件進(jìn)行結(jié)果處理和分析。
　　(3)提出了一種基于保偏光纖光柵進(jìn)行矢量振動(dòng)傳感的方法。詳細(xì)闡述了通過(guò)保偏FBG來(lái)進(jìn)行