多種光纖光柵傳感特性及應(yīng)用研究.pdf

1、光纖光柵作為一種新型的傳感器件，從它問世之日起就受到人們的廣泛關(guān)注，在二十多年中實(shí)現(xiàn)了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。隨著光纖光柵技術(shù)的不斷完善發(fā)展，其在傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用研究越來越引起人們的重視。光纖光柵傳感器除了具有重量輕、耐腐蝕、抗電磁干擾、靈敏度高、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)外，還有其獨(dú)特的優(yōu)越性，如探頭尺寸小，其直徑與光纖等同；易于與光纖耦合，耦合損耗小；波長(zhǎng)調(diào)制型，抗干擾能力強(qiáng)；集傳感與傳輸于一體且具有極強(qiáng)的復(fù)用能力，易于構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)；測(cè)量對(duì)象廣泛，易于

2、實(shí)現(xiàn)多參數(shù)傳感測(cè)量等等。這是基于上述其他傳統(tǒng)傳感器無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，使得光纖光柵傳感器近年來在復(fù)合材料及混凝土結(jié)構(gòu)狀態(tài)檢測(cè)、電力工業(yè)、醫(yī)學(xué)以及能源化工等實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。而微結(jié)構(gòu)光纖光柵因其頻譜的可調(diào)特性，因而使其在生物化學(xué)、醫(yī)藥化學(xué)和微流體研究等方面具有了獨(dú)特的傳感優(yōu)勢(shì)，成為科學(xué)界廣泛研究的對(duì)象。
　　 本文主要以光纖布拉格光柵和微結(jié)構(gòu)光纖光柵為研究對(duì)象，對(duì)其傳感特性與應(yīng)用進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)的研究，主要內(nèi)容包括：⑴對(duì)

3、傳感技術(shù)進(jìn)行了概要敘述，重點(diǎn)介紹了光纖傳感技術(shù)和光纖光柵傳感技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展。對(duì)光纖光柵的發(fā)展以及光纖光柵在光通信領(lǐng)域和傳感領(lǐng)域的應(yīng)用，作了簡(jiǎn)單介紹。⑵介紹了光纖光柵的理論特性分析，并分別利用耦合模理論、傳輸矩陣法和傅立葉變換法對(duì)各類型光纖光柵(布拉格光柵、長(zhǎng)周期光柵、啁啾光柵)的光譜特性進(jìn)行了分析。并詳細(xì)介紹了光纖光柵的傳感原理。⑶設(shè)計(jì)了一種新型的光纖布拉格光柵(FBG)微位移傳感器。目前，光纖光柵位移傳感器的靈敏度仍不是很高，而該結(jié)

4、構(gòu)基于杠桿原理，可通過自由設(shè)計(jì)不同的力臂長(zhǎng)度來滿足各種測(cè)量要求，因而可以在不損毀光柵的情況下，使光柵產(chǎn)生更加顯著的應(yīng)變。另外，其封裝不會(huì)產(chǎn)生啁啾，可以通過結(jié)構(gòu)的級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)傳感器的復(fù)用來進(jìn)行多維多參量的測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，在微測(cè)量范圍0-0.20mm內(nèi)，該裝置的靈敏度達(dá)到12.5nm/mm，較其他梁臂或聚合物封裝結(jié)構(gòu)的傳感器有很大提高。⑷設(shè)計(jì)了一種新型光纖布拉格光柵轉(zhuǎn)角傳感器，并從理論和實(shí)驗(yàn)角度證明了該傳感器具有免受溫度影響的特性。在±21