光纖光柵制備及傳感應用研究.pdf

1、光纖光柵傳感技術是傳感領域近年來興起的一個新的發(fā)展方向.光纖光柵傳感器具有靈敏度高、結構小巧、不受電磁干擾、易于構成光纖傳感網(wǎng)絡等優(yōu)點，廣泛應用于土木工程、石油電力、航天航空、地震監(jiān)測、海洋探測、醫(yī)學檢測及生物化學等眾多領域．本論文對光纖Bragg光柵的基礎理論、傳感機理、實驗制備及傳感應用等進行了系統(tǒng)和深入的研究，分析了傳統(tǒng)的光柵制作技術，并對我們所使用的光纖光柵制作系統(tǒng)進行了闡述，并對光纖Bragg光柵在傾斜傳感器、壓力傳感器中的應

2、用，啁啾光纖光柵在加速度傳感器中的應用做了詳細的分析研究，同時探討了光纖光柵在應力與溫度檢測中的交叉敏感問題。
　　 結合本實驗室的技術和設備條件，用倍頻氬離子激光器結合相位掩模法制備了系列光纖Bragg光柵，用CO2激光器結合逐點寫入法制備了長周期光纖光柵。利用傳輸矩陣法和耦合模原理，對長周期光纖光柵和光纖Bragg光柵的傳感特性進行了研究。并利用實驗室制備的光纖Bragg光柵進行了應力（包括軸向應力和橫向應力）、溫度等傳感實

3、驗研究。
　　 提出了兩種新的單光纖光柵解決交叉敏感問題的設計，利用一根光纖光柵實現(xiàn)了應交和溫度的同時測量且制備方法簡單．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)，對溫度和應變的響應不同，通過監(jiān)測兩部分Bragg波長的變化可實現(xiàn)應變和溫度同時測量。方法二是使用氫氟酸對FBG的一半進行化學腐蝕，使其變細，則FBG的兩部分具有不同的應力靈敏度，而他們的

4、溫度靈敏度仍保持相同。因此，監(jiān)測兩部分光柵Bragg波長的變化可實現(xiàn)應變和溫度同時測量。
　　 研究了一種新型的基于懸掛結構的光纖Bragg光柵傾斜傳感器，由一個通過四根等長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均勻分布在圓盤邊緣，因此，每一對具有對稱位置的光纖光柵可以感知它們所屬平面的傾斜，可用來測量平面內(nèi)兩維方向的傾斜角度，且無需附加的溫度補償裝置即可消除環(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。該加速度計是將單根FBG斜向粘貼在一根直角三角形懸臂梁的側面上、并在懸臂梁的自由端固定重物構成的。垂直的加速度施加于懸臂梁，沿著懸臂梁的長度引起彎曲，產(chǎn)生的梯度應變場將FBG啁啾化，其反射帶寬線性響應于所施加的加速度。由于溫度僅改變FBG的布拉格波長，而對其反射帶寬幾乎沒有影響，所以該加速度計對溫度變化不敏感。
　　 提出了一種強度解調(diào)的基于拉錐光纖的FBG加速度傳感器，并進行了實驗