光纖光柵傳感器的研究.pdf

1、光纖光柵的出現(xiàn)已經(jīng)有30年的時(shí)間,它是利用光纖的光敏性,通過(guò)紫外光照射導(dǎo)致纖芯折射率發(fā)生變化而制成的一種光纖無(wú)源器件。光纖光柵相當(dāng)于一個(gè)窄帶的濾波器或反射鏡。當(dāng)外界環(huán)境改變時(shí),由于熱光效應(yīng)、彈光效應(yīng)、法拉第效應(yīng)等的作用導(dǎo)致Bragg中心波長(zhǎng)發(fā)生漂移,測(cè)量此波長(zhǎng)的漂移量就可檢測(cè)外界溫度、應(yīng)力、磁場(chǎng)等的變化,還可間接測(cè)量加速度、振動(dòng)、濃度、液位、電流、電壓等物理量。利用這一特性可制成用以檢測(cè)多種參量的光纖傳感器和光纖傳感網(wǎng)。隨著光纖光柵寫(xiě)入

2、技術(shù)和傳感器封裝技術(shù)的不斷完善,一些光纖光柵傳感器已開(kāi)始規(guī)模化生產(chǎn)。 除了由光纖的本征屬性所帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn),如質(zhì)輕、徑細(xì)、柔韌、化學(xué)穩(wěn)定、耐高溫、抗電磁干擾等,光纖光柵傳感器還具有很多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),如傳感器尺寸小,易于埋入結(jié)構(gòu)中,復(fù)用性好,易于組成網(wǎng)絡(luò),能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)分布式測(cè)量,靈敏度高,響應(yīng)速度快,傳輸距離遠(yuǎn),測(cè)量信息是波長(zhǎng)編碼的絕對(duì)測(cè)量,不受光源的光強(qiáng)波動(dòng)、光纖連接及耦合損耗、以及光波偏振態(tài)的變化等因素的影響,有較強(qiáng)的抗干擾能力。這些

3、使得光纖光柵傳感器成為理想的傳感器,并在航空航天航海等軍事領(lǐng)域,大型土木工程、電力、醫(yī)療等民用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。日益增多的應(yīng)用成果表明,光纖光柵已成為目前最有發(fā)展前途、最具有代表性的光纖無(wú)源器件之一。 本論文以研究光纖光柵的原理及其傳感應(yīng)用為目的,概述了光纖光柵傳感技術(shù)的發(fā)展史及其研究和應(yīng)用現(xiàn)狀；介紹了光纖光敏性及光纖光柵寫(xiě)入法,研究了光纖光柵的模式理論；介紹了現(xiàn)有的光纖光柵的封裝與增敏技術(shù),并在此基礎(chǔ)上提出了-種新的溫度增

4、敏封裝結(jié)構(gòu)；對(duì)光纖Bragg光柵傳感技術(shù)進(jìn)行了理論研究和實(shí)驗(yàn)分析,從理論和實(shí)驗(yàn)上證明了光纖Bragg光柵有良好的溫度傳感特性；介紹了幾種常用的光纖光柵傳感解調(diào)方案,在此基礎(chǔ)上提出了一種高性?xún)r(jià)比的解調(diào)方案,并進(jìn)行了傳感原件的選型和電路設(shè)計(jì)。 通過(guò)理論研究和實(shí)驗(yàn)分析可以看出,與傳統(tǒng)的機(jī)電式傳感器相比,光纖光柵傳感器具有許多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。目前,光纖光柵的封裝與增敏技術(shù)和傳感信號(hào)的解調(diào)技術(shù)是研究的重點(diǎn),設(shè)計(jì)高性能、長(zhǎng)壽命的光纖光柵傳感原件