光纖光柵二維矢量振動傳感器.pdf

1、光纖傳感技術的發(fā)展始于20世紀70年代,它以光纖為物理媒質(zhì)、以光波為信息載體,具有結(jié)構小巧、靈敏度高、抗電磁干擾、絕緣性好、耐腐蝕、本質(zhì)安全以及便于多點組網(wǎng)和遠距離遙測等優(yōu)點,光纖傳感器按照其傳感機理可以分為多種類型,比如光纖干涉型、強度調(diào)制型、光纖光柵型、光纖激光型等。振動傳感器在建筑物結(jié)構健康檢測、地震災害預防、石油天然氣勘探等領域有著廣泛的應用。因此,振動傳感器市場空間非常巨大。現(xiàn)有振動傳感器在限定振動感測方向的情況下能夠很好地工

2、作,可滿足一般場合下對指定待測物的結(jié)構或者運轉(zhuǎn)狀態(tài)進行監(jiān)測。但是如果監(jiān)測對象是未知的振源,因為無法實現(xiàn)對振動方向的準確識別,所以效果不佳。針對這一問題,本文提出了基于多模傾斜光纖光柵的二維振動傳感器和基于保偏光纖光柵的方向可識別矢量振動傳感器。其工作原理是,對于多模傾斜光纖光柵二維振動傳感器,包層模能量的變化正比于光纖振動的幅度,我們利用多模光纖和單模光纖纖芯直徑的不匹配性,將多模傾斜光纖光柵中后向傳輸?shù)陌鼘幽Ｖ匦略亳詈线M入單模光纖纖芯

3、,而包含了包層模的包層-纖芯耦合能量非常敏感于光纖微彎曲或光纖振動,因此,我們可以通過探測后向傳輸?shù)陌鼘幽Ｄ芰孔兓?從而得到振動頻率相關信息。對于保偏光纖光柵的方向可識別矢量振動傳感器,保偏光纖光柵激發(fā)的包層模具有極高正交偏振特性,利用單模光纖與保偏光纖纖芯不一致特性,通過簡單的纖芯對準熔接方式有效地將保偏光纖光柵反向激發(fā)的包層模耦合回單模光纖纖芯。而互相正交的包層模分別對應振動的兩個垂直方向,強度可由反向的包層模強度讀出。通過計算強度

4、比就可以分析出振動的具體方向。
　　本論文主要內(nèi)容如下:
　　(1)詳細介紹了光纖傳感特別是光纖光柵傳感的發(fā)展歷程,講述了使用不同方法來進行振動傳感的優(yōu)缺點,闡述了使用光纖光柵來進行振動測量的優(yōu)點,同時講述了現(xiàn)有光纖光柵技術進行振動測量的不足之處在于無法進行二維振動傳感,即無法通過實驗結(jié)果確定振動的方向,而本文提出的兩種方法正好彌補了這一方面的缺點,同時本文還介紹了光纖光柵不同的較為詳細的制備方法。
　　(2)提出了一

5、種基于多模傾斜光纖光柵進行二維振動傳感的方法。詳細闡述了通過多模TFBG進行二維振動傳感的整個傳感機理,基于兩個垂直方向?qū)Χ嗄FBG內(nèi)部相應模式的影響不同來將兩個不同方向的振動反應到不同的兩個模式,振動的大小可以由幅度給出。搭建整個實驗系統(tǒng),找出通過多模TFBG進行二維振動傳感的具體方法,得到具體實驗結(jié)果并通過相關軟件進行結(jié)果處理和分析。
　　(3)提出了一種基于保偏光纖光柵進行矢量振動傳感的方法。詳細闡述了通過保偏FBG來進行