光纖光柵制備及傳感應(yīng)用研究.pdf

1、光纖光柵傳感技術(shù)是傳感領(lǐng)域近年來興起的一個(gè)新的發(fā)展方向.光纖光柵傳感器具有靈敏度高、結(jié)構(gòu)小巧、不受電磁干擾、易于構(gòu)成光纖傳感網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于土木工程、石油電力、航天航空、地震監(jiān)測(cè)、海洋探測(cè)、醫(yī)學(xué)檢測(cè)及生物化學(xué)等眾多領(lǐng)域．本論文對(duì)光纖Bragg光柵的基礎(chǔ)理論、傳感機(jī)理、實(shí)驗(yàn)制備及傳感應(yīng)用等進(jìn)行了系統(tǒng)和深入的研究，分析了傳統(tǒng)的光柵制作技術(shù)，并對(duì)我們所使用的光纖光柵制作系統(tǒng)進(jìn)行了闡述，并對(duì)光纖Bragg光柵在傾斜傳感器、壓力傳感器中的應(yīng)

2、用，啁啾光纖光柵在加速度傳感器中的應(yīng)用做了詳細(xì)的分析研究，同時(shí)探討了光纖光柵在應(yīng)力與溫度檢測(cè)中的交叉敏感問題。
　　 結(jié)合本實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)和設(shè)備條件，用倍頻氬離子激光器結(jié)合相位掩模法制備了系列光纖Bragg光柵，用CO2激光器結(jié)合逐點(diǎn)寫入法制備了長(zhǎng)周期光纖光柵。利用傳輸矩陣法和耦合模原理，對(duì)長(zhǎng)周期光纖光柵和光纖Bragg光柵的傳感特性進(jìn)行了研究。并利用實(shí)驗(yàn)室制備的光纖Bragg光柵進(jìn)行了應(yīng)力（包括軸向應(yīng)力和橫向應(yīng)力）、溫度等傳感實(shí)

3、驗(yàn)研究。
　　 提出了兩種新的單光纖光柵解決交叉敏感問題的設(shè)計(jì)，利用一根光纖光柵實(shí)現(xiàn)了應(yīng)交和溫度的同時(shí)測(cè)量且制備方法簡(jiǎn)單．方法一是將環(huán)氧樹脂膠水涂抹于光纖光柵的一半的部分，并套上金屬套管。此時(shí)兩部分光纖光柵由于具有不同的等效楊氏模量和熱膨脹系數(shù)，對(duì)溫度和應(yīng)變的響應(yīng)不同，通過監(jiān)測(cè)兩部分Bragg波長(zhǎng)的變化可實(shí)現(xiàn)應(yīng)變和溫度同時(shí)測(cè)量。方法二是使用氫氟酸對(duì)FBG的一半進(jìn)行化學(xué)腐蝕，使其變細(xì)，則FBG的兩部分具有不同的應(yīng)力靈敏度，而他們的

4、溫度靈敏度仍保持相同。因此，監(jiān)測(cè)兩部分光柵Bragg波長(zhǎng)的變化可實(shí)現(xiàn)應(yīng)變和溫度同時(shí)測(cè)量。
　　 研究了一種新型的基于懸掛結(jié)構(gòu)的光纖Bragg光柵傾斜傳感器，由一個(gè)通過四根等長(zhǎng)的刻有光柵的光纖懸掛一重物組成，光纖與懸掛光纖的圓盤的粘接點(diǎn)均勻分布在圓盤邊緣，因此，每一對(duì)具有對(duì)稱位置的光纖光柵可以感知它們所屬平面的傾斜，可用來測(cè)量平面內(nèi)兩維方向的傾斜角度，且無需附加的溫度補(bǔ)償裝置即可消除環(huán)境溫度的影響。
　　 研究了一種新型的

5、基于啁啾光纖布拉格光柵(CFBG)的加速度計(jì)。該加速度計(jì)是將單根FBG斜向粘貼在一根直角三角形懸臂梁的側(cè)面上、并在懸臂梁的自由端固定重物構(gòu)成的。垂直的加速度施加于懸臂梁，沿著懸臂梁的長(zhǎng)度引起彎曲，產(chǎn)生的梯度應(yīng)變場(chǎng)將FBG啁啾化，其反射帶寬線性響應(yīng)于所施加的加速度。由于溫度僅改變FBG的布拉格波長(zhǎng)，而對(duì)其反射帶寬幾乎沒有影響，所以該加速度計(jì)對(duì)溫度變化不敏感。
　　 提出了一種強(qiáng)度解調(diào)的基于拉錐光纖的FBG加速度傳感器，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)