大跨度物體形變雙頻激光光纖測量系統(tǒng)的研究.pdf

1、光纖傳感技術(shù)是二十世紀七十年代中期發(fā)展起來的新技術(shù)，是光、電子技術(shù)的新結(jié)晶。它已普遍用于各種物理量的測量，具有其它傳感技術(shù)無法比擬的優(yōu)點，在工業(yè)、軍事、醫(yī)學(xué)及科學(xué)技術(shù)的測量中有巨大的應(yīng)用潛力，在未來的科技領(lǐng)域中占有越來越重要的地位。本文對大跨度物體形變雙頻激光光纖測量系統(tǒng)進行了深入和廣泛的研究，內(nèi)容涉及多個學(xué)科領(lǐng)域，有較大的難度和深度。其主要研究內(nèi)容介紹如下： 第一，介紹了光纖傳感器的基本原理、發(fā)展情況、國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和今后的

2、發(fā)展方向：并對與光纖傳感技術(shù)有關(guān)的新技術(shù)做了詳細的介紹。 第二，對于本傳感系統(tǒng)的重要材料一偏振保持光纖進行了詳細的理論分析和研究。先從射線理論出發(fā)，分析了光纖的集光能力，光在光纖中傳播時的各種損耗，這種方法直觀、簡單。然后用模式理論來更精確地討論電磁波在介質(zhì)中的傳播問題。其中針對實驗中用到的梯度光纖，采用弱導(dǎo)光纖近似進行了分析，詳細地討論了光的極化特性，偏振態(tài)的變化情況，保偏光纖的保偏特性等。 第三，對光纖傳感器中使用的

3、各類光源的特性進行了詳細的分析，通過比較，選擇了氦氖激光器作為實驗用光源。著重討論了氦氖激光器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理以及塞曼效應(yīng)、頻率牽引和穩(wěn)頻原理等等。介紹了光探測器的工作原理、工作特性以及實驗中使用的GDB一423型光電倍增管主要技術(shù)參數(shù)。 第四，詳細介紹了實驗系統(tǒng)中的各個部分。首先討論了相互垂直的線偏振光以及怎樣獲得。然后討論了實驗中光與光纖的耦合問題。介紹了各種光纖耦合器的特點以及實驗中用到的光纖耦合器的制作和操作要點。詳

4、細討論了光纖作為敏感元件的傳感機理。對實驗中用到的外差技術(shù)做了詳細討論。介紹了整個實驗方案的設(shè)計情況。通過實驗驗證了實驗方案中提出的光纖中光的相位與光纖長度變化間的線性關(guān)系，這是進行整個實驗的基礎(chǔ)。完成了光纖探頭的設(shè)計和制作。對實驗中遇到的一些技術(shù)問題(光纖粘合，溫度補償?shù)?進行了恰當?shù)奶幚?。討論完各個環(huán)節(jié)以后，對整個測量系統(tǒng)進行了設(shè)計。利用所設(shè)計的測量系統(tǒng)進行測量，得出了結(jié)果。 總之，在本工作中，首次提出并設(shè)計了實驗方案，獨立

5、研制了探頭和光纖耦合器，完成了實驗測試工作，實驗結(jié)果與理論分析一致性好。說明理論分析正確，實驗方案可行，具有很好的實際意義和應(yīng)用價值。 光纖傳感器在許多領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用，目前，已有用于大壩形變測量的光纖傳感器的報道，但屬于強度調(diào)制，而非相位調(diào)制，而相位調(diào)制有更高的精度和靈敏度。利用相位調(diào)制設(shè)計的大跨度物體形變光纖測量系統(tǒng)還未見有關(guān)報道，具有創(chuàng)新意義。將模式理論用于單模保偏光纖的傳輸和傳感原理的分析，并進行了一些近似處理，使其更