光纖光柵傳感關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、本文針對長輸油管線的溫度和壓力測量，系統(tǒng)研究了光纖光柵傳感實(shí)用化的幾個(gè)關(guān)鍵性技術(shù)。論文主體由以下幾部分組成：光纖光柵增敏技術(shù)；光纖光柵封裝技術(shù)；光纖光柵傳感器在油氣管線上的波分復(fù)用技術(shù)。 首先針對裸光纖光柵對壓力、溫度響應(yīng)靈敏度低的問題，分析研究了不同的增敏技術(shù)。提出了基于金屬貼片式和管式封裝的溫度增敏技術(shù)，試驗(yàn)結(jié)果表明，在0-90℃溫度范圍內(nèi)其響應(yīng)靈敏度約為裸光纖光柵的3倍。根據(jù)輸油管線溫度和壓力測量要求，設(shè)計(jì)了基于懸臂梁和波

2、登管相結(jié)合的一種靈敏度和測量范圍可調(diào)的光纖光柵壓力傳感器。在0-10MPa的壓力條件下，其壓力響應(yīng)靈敏度最大為0.188nm/MPa，是裸光柵的63倍。封裝增敏后的溫度、壓力傳感器具有良好的線性度和重復(fù)性。 其次針對一般封裝工藝封裝的光纖光柵容易出現(xiàn)啁啾現(xiàn)象以及傳感器的線性度、靈敏度等傳感性能波動行為，設(shè)計(jì)了一種可調(diào)預(yù)應(yīng)力架，很大程度上改進(jìn)了現(xiàn)有工藝的缺陷。對改進(jìn)封裝后的44個(gè)光柵進(jìn)行了溫度傳感測試，實(shí)驗(yàn)表明無論是封裝在管式結(jié)構(gòu)

3、還是封裝在片式結(jié)構(gòu)上的傳感器都實(shí)現(xiàn)了溫度增敏，且具有良好的線性度，其中43個(gè)傳感器的線性度可達(dá)0.99以上。溫度的響應(yīng)靈敏度系數(shù)在1.94×10<'-5>～2.21×10<'-5>/℃之間，與理論值(2.08×10<'-5>/℃)非常吻合，完全實(shí)現(xiàn)了封裝工藝對光纖光柵傳感器的靈敏度、重復(fù)性以及線性度等性能指標(biāo)的有效控制。 最后針對波分復(fù)用技術(shù)對傳感器性能的要求以及信噪比和波長帶寬等因素對復(fù)用的傳感器數(shù)目限制問題，根據(jù)輸油管線溫度