光纖布拉格光柵傳感器的性能蛻化研究.pdf

1、光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Grating，縮寫(xiě)為FBG)作為自90年代以來(lái)發(fā)展最為迅速的無(wú)源光纖器件之一，由于其具有的許多獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在光纖傳感、光纖通信等領(lǐng)域均有廣闊的應(yīng)用前景。這使得許多復(fù)雜的光纖傳感網(wǎng)絡(luò)和光通信系統(tǒng)成為可能，極大的擴(kuò)展了光纖技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。
　　 隨著FBG傳感器應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，其長(zhǎng)期可靠性和穩(wěn)定性引起了人們的重點(diǎn)關(guān)注。而由于FBG監(jiān)測(cè)對(duì)象服役時(shí)間長(zhǎng)、工作環(huán)境嚴(yán)酷等原因，在實(shí)際工程應(yīng)用中，往

2、往會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的性能蛻化。發(fā)生性能蛻化的FBG傳感器無(wú)法保證為人們提供準(zhǔn)確、無(wú)誤的原始信息，這將嚴(yán)重干擾人們對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象運(yùn)行狀況的判斷和評(píng)價(jià)。為了對(duì)FBG的故障進(jìn)行預(yù)判，并完全掌握FBG故障的發(fā)生規(guī)律。FBG傳感器性能蛻化的研究就顯得格外重要。
　　 溫度測(cè)量和應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量是FBG傳感器最主要的用途。長(zhǎng)期工作在高溫和交變應(yīng)力下的FBG傳感器，其性能將發(fā)生嚴(yán)重蛻化。本文將分別研究熱和應(yīng)力導(dǎo)致的FBG傳感器性能蛻化。首先以光纖光敏性的電

3、偶極子對(duì)模型為基礎(chǔ)，從理論上解釋了熱導(dǎo)致的FBG性能蛻化，并推導(dǎo)了高溫下反射峰值隨工作時(shí)間的衰減函數(shù)。然后采用交變應(yīng)力載荷對(duì)FBG傳感器進(jìn)行了性能蛻化的實(shí)驗(yàn)研究，從FBG傳感性能和反射光譜質(zhì)量?jī)煞矫嬖u(píng)價(jià)FBG傳感器的蛻化程度。
　　 研究結(jié)果是，成功建立了高溫下熱導(dǎo)致的FBG性能蛻化模型。通過(guò)700℃，800℃和900℃的高溫實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該蛻化模型的正確性。對(duì)FBG傳感器進(jìn)行了1000萬(wàn)次交變應(yīng)力載荷實(shí)驗(yàn)。FBG的傳感性能發(fā)生蛻

4、化，應(yīng)力測(cè)量靈敏度從5.49pm/MPa減少至5.47pm/MPa，線性度從0.99988減少至0.99984。FBG的反射光譜質(zhì)量變差，1000萬(wàn)次交變實(shí)驗(yàn)后，反射光譜與初始光譜產(chǎn)生了偏離。
　　 第一章對(duì)FBG的原理和應(yīng)用進(jìn)行介紹，通過(guò)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀分析，得到本課題的研究目的和研究?jī)?nèi)容。
　　 第二章對(duì)光纖光柵的制作原理及封裝技術(shù)進(jìn)行概述。
　　 第三章以光纖光敏性的電偶極子對(duì)模型為基礎(chǔ)，從理論上解釋了熱導(dǎo)致FB