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)點外，還有其獨特的優(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??；波長調(diào)制型，抗干擾能力強；集傳感與傳輸于一體且具有極強的復(fù)用能力，易于構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)；測量對象廣泛，易于

2、實現(xiàn)多參數(shù)傳感測量等等。這是基于上述其他傳統(tǒng)傳感器無可比擬的優(yōu)點，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、電力工業(yè)、醫(yī)學(xué)以及能源化工等實際應(yīng)用領(lǐng)域都取得了長足的進(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特的傳感優(yōu)勢，成為科學(xué)界廣泛研究的對象。
　　 本文主要以光纖布拉格光柵和微結(jié)構(gòu)光纖光柵為研究對象，對其傳感特性與應(yīng)用進(jìn)行了理論和實驗的研究，主要內(nèi)容包括：⑴對

3、傳感技術(shù)進(jìn)行了概要敘述，重點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各類型光纖光柵(布拉格光柵、長周期光柵、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)計不同的力臂長度來滿足各種測量要求，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，其封裝不會產(chǎn)生啁啾，可以通過結(jié)構(gòu)的級聯(lián)實現(xiàn)傳感器的復(fù)用來進(jìn)行多維多參量的測量。實驗結(jié)果證明，在微測量范圍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)計了一種新型光纖布拉格光柵轉(zhuǎn)角傳感器，并從理論和實驗角度證明了該傳感器具有免受溫度影響的特性。在±21