基于FBG--FP腔的溫度與液體濃度測(cè)量方法研究.pdf

1、本文在研究光纖光柵(Fiber Bragg Grating，F(xiàn)BG)與光纖FP腔(Fabry-Perot cavity, FP)傳感特性的基礎(chǔ)上，將二者結(jié)合，形成光纖光柵FP腔(FBG-FP cavity)，利用其傳感特性將其用于溫度和液體濃度測(cè)量，即利用FBG-FP腔反射譜中心波長(zhǎng)受外界溫度影響的變化關(guān)系，將FBG-FP腔作為溫度傳感傳感元件，并采用一種相關(guān)解調(diào)方法達(dá)到溫度測(cè)量的目的。同時(shí)利用光纖端面的菲涅爾反射(Fresnel re

2、flection)對(duì)液體濃度進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)快速傅立葉變換(Fast Fourier Transform，F(xiàn)FT)后頻譜的幅值對(duì)液體的折射率進(jìn)行測(cè)量，從而獲得液體的濃度值。
　　相對(duì)于傳統(tǒng)光纖FP腔，F(xiàn)BG-FP腔具有許多優(yōu)點(diǎn):制作簡(jiǎn)單、復(fù)用潛力大，并保留了普通FP腔分辨率高和FBG傳感器可絕對(duì)測(cè)量的特點(diǎn)，擴(kuò)大了測(cè)量范圍。圍繞著將FBG-FP腔用于溫度和液體濃度的測(cè)量研究，本文的主要內(nèi)容如下:
　　(1) FBG-FP腔傳感技

3、術(shù)是FBG和光纖FP腔的延伸和組合，首先分別介紹了它們各自的傳感發(fā)展歷程，尤其是溫度和液體濃度傳感方面的應(yīng)用，并分析了它們?cè)跈z測(cè)物理參數(shù)時(shí)所存在的主要問(wèn)題;然后，研究FBG-FP腔的傳感應(yīng)用，為本文的傳感器及方案設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
　　(2)基于耦合模理論對(duì)FBG和光纖FP腔的傳輸特性進(jìn)行分析，討論了光柵長(zhǎng)度和折射率調(diào)制等參數(shù)變化對(duì)反光譜的影響。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)光束傳播法推導(dǎo)了FBG-FP腔反射率和透射率的嚴(yán)格表達(dá)式。利用Matlab

4、對(duì)FBG-FP腔的光譜特性進(jìn)行數(shù)值模擬分析，并研究了光柵長(zhǎng)度和FP腔長(zhǎng)對(duì)反射光譜的影響。
　　(3)分析FBG-FP腔對(duì)溫度及液體濃度的傳感特性，在此基礎(chǔ)上，介紹一種適用于FBG-FP腔的快速傅立葉變換解調(diào)方法。該方法使光纖光柵FP腔同時(shí)具有了測(cè)量分辨率高和可絕對(duì)測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)。
　　(4)設(shè)計(jì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，分別對(duì)實(shí)驗(yàn)所需的儀器和設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行了說(shuō)明，并完成了溫度及液體濃度的測(cè)量，給出了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了解調(diào)方法的可行性。<