光纖Bragg光柵傳感系統(tǒng)若干技術(shù)研究.pdf

1、光纖Bragg光柵(Fiber Bragg Grating，F(xiàn)BG)傳感器是光纖傳感器家族中的一員，它不僅具有光纖傳感器的所有優(yōu)點(diǎn)，包括柔軟、可撓曲、尺寸小、質(zhì)量輕、電絕緣、耐腐蝕、工作中不發(fā)熱、無輻射、抗電磁干擾且能在易燃易爆、毒性氣體等復(fù)雜環(huán)境條件下工作，而且具有靈活的復(fù)用能力，包括波分復(fù)用、時分復(fù)用、空分復(fù)用，這種復(fù)用能力能較方便的實(shí)現(xiàn)分布式傳感。FBG傳感器這些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)使得其在航空航天、土木工程等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，成為近

2、年來國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。在本文中，對FBG傳感系統(tǒng)的一些問題包括FBG的封裝、FBG的解調(diào)、FBG的光譜重構(gòu)進(jìn)行了研究。對這些問題的研究，將會進(jìn)一步推進(jìn)FBG傳感系統(tǒng)的研究，同時拓寬FBG傳感系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域。另外，對新型的FBG－光子晶體光纖Bragg光柵(PhotonicCrystal Fiber Bragg Grating，PCFBG)的研究將促使FBG進(jìn)入一個新的研究領(lǐng)域，同時也將擴(kuò)展FBG傳感系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域。故此，本文也對PCFB

3、G技術(shù)進(jìn)行了研究。
　　 全文的研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面：
　　 (1)對FBG進(jìn)行理論分析，介紹了FBG的應(yīng)變和溫度傳感模型，基于該模型對FBG的應(yīng)變和溫度傳感特性進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上對FBG的溫度和應(yīng)變封裝技術(shù)做了理論探討和實(shí)驗(yàn)研究，從增敏和減敏兩個方面對FBG溫度和應(yīng)變封裝技術(shù)進(jìn)行討論。
　　 (2)為實(shí)現(xiàn)FBG傳感信號的解調(diào)，提出了基于級聯(lián)長周期光柵的FBG解調(diào)系統(tǒng)，并對其進(jìn)行了改進(jìn)。級聯(lián)長周期光柵

4、是由兩個參數(shù)相同的均勻長周期光纖光柵和一段普通單模光纖連接而成，利用級聯(lián)長周期光柵的帶阻濾波特性，獲得FBG反射光經(jīng)級聯(lián)長周期光柵調(diào)制后的出射光，通過光電探測器監(jiān)測光強(qiáng)的改變量來反推FBG中心波長的變化。通過FBG溫度、靜態(tài)應(yīng)變以及動態(tài)應(yīng)變(振動)實(shí)驗(yàn)對該解調(diào)系統(tǒng)及其改進(jìn)系統(tǒng)的性能進(jìn)行了研究。
　　 (3)提出一種利用量子粒子群優(yōu)化算法對FBG進(jìn)行參數(shù)重構(gòu)的方法，并與粒子群優(yōu)化算法進(jìn)行了對比。該方法以光纖光柵的參數(shù)作為計(jì)算變量，

5、光纖光柵的反射譜作為目標(biāo)函數(shù)，已知反射譜和重構(gòu)反射譜之間的誤差函數(shù)作為適應(yīng)度函數(shù)，通過尋優(yōu)找到適應(yīng)度函數(shù)小的最優(yōu)個體。利用量子粒子群優(yōu)化算法和粒子群優(yōu)化算法分別對均勻FBG和線性啁啾光纖光柵兩種光纖光柵的參數(shù)進(jìn)行了重構(gòu)。
　　 (4)進(jìn)一步將粒子群優(yōu)化算法和量子粒子群優(yōu)化算法用于FBG傳感器的非均勻應(yīng)變和溫度重構(gòu)中，分別通過4種非均勻的應(yīng)變和溫度分布來檢驗(yàn)算法的有效性和可靠性。同時對量子粒子群優(yōu)化算法的重構(gòu)結(jié)果和粒子群優(yōu)化算法的