基于FBG--FP腔的溫度與液體濃度測量方法研究.pdf

1、本文在研究光纖光柵(Fiber Bragg Grating，F(xiàn)BG)與光纖FP腔(Fabry-Perot cavity, FP)傳感特性的基礎(chǔ)上，將二者結(jié)合，形成光纖光柵FP腔(FBG-FP cavity)，利用其傳感特性將其用于溫度和液體濃度測量，即利用FBG-FP腔反射譜中心波長受外界溫度影響的變化關(guān)系，將FBG-FP腔作為溫度傳感傳感元件，并采用一種相關(guān)解調(diào)方法達到溫度測量的目的。同時利用光纖端面的菲涅爾反射(Fresnel re

2、flection)對液體濃度進行測量，通過快速傅立葉變換(Fast Fourier Transform，F(xiàn)FT)后頻譜的幅值對液體的折射率進行測量，從而獲得液體的濃度值。
　　相對于傳統(tǒng)光纖FP腔，F(xiàn)BG-FP腔具有許多優(yōu)點:制作簡單、復用潛力大，并保留了普通FP腔分辨率高和FBG傳感器可絕對測量的特點，擴大了測量范圍。圍繞著將FBG-FP腔用于溫度和液體濃度的測量研究，本文的主要內(nèi)容如下:
　　(1) FBG-FP腔傳感技

3、術(shù)是FBG和光纖FP腔的延伸和組合，首先分別介紹了它們各自的傳感發(fā)展歷程，尤其是溫度和液體濃度傳感方面的應用，并分析了它們在檢測物理參數(shù)時所存在的主要問題;然后，研究FBG-FP腔的傳感應用，為本文的傳感器及方案設(shè)計提供依據(jù)。
　　(2)基于耦合模理論對FBG和光纖FP腔的傳輸特性進行分析，討論了光柵長度和折射率調(diào)制等參數(shù)變化對反光譜的影響。在此基礎(chǔ)上，通過光束傳播法推導了FBG-FP腔反射率和透射率的嚴格表達式。利用Matlab

4、對FBG-FP腔的光譜特性進行數(shù)值模擬分析，并研究了光柵長度和FP腔長對反射光譜的影響。
　　(3)分析FBG-FP腔對溫度及液體濃度的傳感特性，在此基礎(chǔ)上，介紹一種適用于FBG-FP腔的快速傅立葉變換解調(diào)方法。該方法使光纖光柵FP腔同時具有了測量分辨率高和可絕對測量的優(yōu)點。
　　(4)設(shè)計整個實驗系統(tǒng)，分別對實驗所需的儀器和設(shè)備的參數(shù)進行了說明，并完成了溫度及液體濃度的測量，給出了相應的實驗結(jié)果，驗證了解調(diào)方法的可行性。<