智能結(jié)構(gòu)光纖光柵保護方法及溫度傳感性能研究.pdf

1、光纖布拉格光柵(FBG)及其在光纖傳感器和光纖通信中的應用研究引起了人們普遍的關(guān)注，光纖光柵傳感器具有不受電磁干擾、信號帶寬大、靈敏度高、易于復用、重量輕、結(jié)構(gòu)緊密、適合在高溫、腐蝕性或危險性環(huán)境使用等優(yōu)點。這種傳感器在大型建筑和油井等特殊場合的安全檢測方面具有極為廣泛的應用前景。本文主要以光纖布拉格光柵作為研究對象，對光纖光柵的保護、基本特性及傳感性能進行了理論、實驗和仿真研究，主要內(nèi)容包括： 本文對光纖光柵進行了有效的保護。

2、提出了一種無粗化的光纖表面化學鍍的工藝，并且鍍層和光纖有較好的結(jié)合力。根據(jù)本課題后續(xù)處理的特點，用鍍層的結(jié)合力、電學性能、光亮度以及鍍速四個性能指標作為判斷化學鍍工藝是否最佳的主要依據(jù)，采用正交試驗方法得出了最佳化學鍍工藝，最佳工藝為：NiSO<,4>．6H<,2>O 25g.L<'-1>、NaH<,2>PO<,2>．H<,2>O20 g.L<'-1>、C<,3>H<,6>O<,2> 20mL.L<'-1>、H<,3>BO<,3>20g

3、.L<'-1>、NaF 1g.L<'-1>、糖精2mg.L<'-1>、PH值4.5、溫度86℃。對化學鍍后的光纖光柵進行了電鍍。并對化學鍍和電鍍的結(jié)果進行了理論分析。 根據(jù)鍍鎳FBG的特點，分析了鍍鎳FBG溫度變化時的應力應變，從理論上推導出鍍鎳FBG的溫度靈敏度系數(shù)公式并用實驗對公式進行了驗證，用理論證明了鍍鎳FBG的波長漂移、應力和應變與溫度變化成線性關(guān)系．分析了鍍鎳FBG的溫度靈敏度系數(shù)與鍍層厚度的關(guān)系。用ANSYS軟件對

4、鍍鎳FBG在溫度變化時的應力應變進行了仿真。理論分析得到鍍層厚度為4.26um的鍍鎳FBG的溫度靈敏度系數(shù)為 14.3235pm/℃，實驗值為13.92pm/℃。理論、實驗和仿真得到了基本一致的結(jié)果。 為了研究鍍鎳光纖布拉格光柵溫度靈敏度系數(shù)與鍍層厚度的關(guān)系，用同一根FBG分四次進行化學鍍鎳，每次化學鍍后都測量其鍍鎳層厚度并進行溫度傳感實驗，從而得到在不同鍍鎳層厚度時的溫度靈敏度系數(shù)。討論了鍍鎳FBG的溫度靈敏度系數(shù)公式，理論分

5、析并用實驗證明了鍍鎳層厚度與溫度靈敏度系數(shù)的關(guān)系，理論分析得到鍍層厚度分別為 2.315um、16.655um、85.255um的鍍鎳FBG 的溫度靈敏度系數(shù)依次為12.2403pm/℃、17.3782pm/℃、19.6026pm/℃，實驗值依次為12.313pm/℃、17.1pm/℃、20.024pm/℃。理論值與實驗值基本一致。討論了鍍鎳FBG波長移位的滯回現(xiàn)象并用熱處理的方法消除了滯回現(xiàn)象。 對FBG埋入水泥砂漿后的溫度靈

6、敏度系數(shù)進行了理論和實驗研究。分析了裸光纖光柵和鍍鎳光纖光柵埋入后的應力應變，推導了FBG埋入后的溫度靈敏度系數(shù)公式，并用實驗驗證了溫度靈敏度系數(shù)公式，對埋入水泥砂漿的FBG受溫度變化時的應變進行了理論分析并用ANSYS軟件進行了仿真。理論、實驗和仿真得到了一致結(jié)果。 分析了FBG經(jīng)過保護再埋入金屬后溫度變化時的應力應變，推導了FBG埋入金屬后的溫度靈敏度系數(shù)公式。以FBG埋入金屬鋁為例，對埋入金屬后的FBG受溫度變化時的應力應