工程化光纖光柵傳感器及其網(wǎng)絡(luò)解調(diào)系統(tǒng)研究.pdf

1、光纖光柵作為一種新型的傳感器件，從它問(wèn)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(lái)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??；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(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，使得光纖光柵傳感器近年來(lái)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。 本論文是在國(guó)家科技部863計(jì)劃項(xiàng)目、天津市科技重大攻關(guān)項(xiàng)目、天津市科委重點(diǎn)基金項(xiàng)目等的支持下完成的，主要研究?jī)?nèi)容有： 1 對(duì)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、光纖光柵的分類和當(dāng)前的一

3、些光纖光柵的寫入技術(shù)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。 2 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)介紹了光纖光柵傳感中的解調(diào)技術(shù)以及復(fù)用技術(shù)。 3 在研究光纖光柵傳感技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)工程化實(shí)際應(yīng)用要求，初步設(shè)計(jì)制作了適合工程化應(yīng)用的光纖光柵溫度、應(yīng)變傳感器。對(duì)溫度、應(yīng)變傳感器的傳感

4、原理和封裝結(jié)構(gòu)及工藝研究分別做了詳細(xì)介紹。對(duì)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果表明，我們所研制的溫度、應(yīng)變傳感器基本達(dá)到了工程化實(shí)用的要求。 4 利用光纖光柵作為基本傳感元件，設(shè)計(jì)研制了一種基于輪輻式壓力盒裝置的 光纖光柵壓力傳感器。我們將兩根不同波長(zhǎng)的光柵粘貼在傳感器同一輪輻的正反面上，提高了測(cè)量精度，減少了波長(zhǎng)隨溫度漂移帶來(lái)的影響。在0～30KN的范圍內(nèi)，其測(cè)量線性度達(dá)到99.98％，靈敏度達(dá)到13.89N，且響應(yīng)速度快。與其它類型的