光纖光柵傳感技術及其在稱重系統(tǒng)中的應用.pdf

1、光纖光柵是近年來發(fā)展最為迅速、應用最為廣泛的光纖無源器件之一。由于光纖布拉格光柵對特定波長的光具有反射作用，并且其反射中心波長隨著溫度、應力等物理量的變化而變化，具有優(yōu)良的溫度和應變響應特性，因此它在傳感領域有著廣泛的應用前景。光纖光柵傳感器的主要優(yōu)點之一是便于構成分布式傳感系統(tǒng)，而構成分布式傳感系統(tǒng)最關鍵技術之一是復用技術，包括波分復用(WDM)、時分復用(TDM)、空分復用(SDM)及它們的組合復用技術。 本文利用光柵傳感器

2、的感知特性研制開發(fā)出一種光纖光柵地秤模型。其基本思想是將光柵傳感器固定于形變器上，利用光柵傳感器監(jiān)測形變器變形間接獲得導致形變器變形的石塊荷載。 在分析相關文獻的基礎上，本文首先從麥克斯韋方程組出發(fā)，推導出了耦合模方程。分別采用耦合模法和轉移矩陣法對Bragg 光纖光柵、啁啾光柵和切趾光柵進行了數(shù)值模擬仿真，并分析了光柵反射光譜的特性。 對光纖布拉格光柵的應變、溫度傳感機理進行了較為詳細的理論研究，分析了光纖布拉格光柵的

3、溫度、應變和壓力的靈敏度，并討論了溫度－應變交叉靈敏度對測量結果的影響。對光纖Bragg 光柵的溫度、壓力傳感特性進行了實驗研究，實驗結果與理論分析吻合。 對縱向和橫向兩種傳力結構的可行性進行了試驗驗證。在此基礎上設計制作了六個光柵形變器，并對光柵形變器進行了精確度、分辨率、線性度和重復性等方面的試驗和標定，得到了滿足稱重需要的結果；在實際的工程應用中，可以根據(jù)實際需要的測量范圍和測量精度來確定形變器的尺寸。 最后，將臺