工程化光纖光柵傳感器及其網(wǎng)絡(luò)解調(diào)系統(tǒng)研究.pdf

1、光纖光柵作為一種新型的傳感器件，從它問世之日起就受到人們的廣泛關(guān)注，在二十多年中實現(xiàn)了突飛猛進的發(fā)展。隨著光纖光柵技術(shù)的不斷完善發(fā)展，其在傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用研究越來越引起人們的重視。光纖光柵傳感器除了具有重量輕、耐腐蝕、抗電磁干擾、靈敏度高、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點外，還有其獨特的優(yōu)越性，如探頭尺寸小，其直徑與光纖等同；易于與光纖耦合，耦合損耗??；波長調(diào)制型，抗干擾能力強；集傳感與傳輸于一體且具有極強的復(fù)用能力，易于構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)；測量對象廣泛，易于

2、實現(xiàn)多參數(shù)傳感測量等等。這是基于上述其他傳統(tǒng)傳感器無可比擬的優(yōu)點，使得光纖光柵傳感器近年來在復(fù)合材料及混凝土結(jié)構(gòu)狀態(tài)檢測、電力工業(yè)、醫(yī)學(xué)以及能源化工等實際應(yīng)用領(lǐng)域都取得了長足的進展。 本論文是在國家科技部863計劃項目、天津市科技重大攻關(guān)項目、天津市科委重點基金項目等的支持下完成的，主要研究內(nèi)容有： 1 對傳感技術(shù)進行了概要敘述，重點介紹了光纖傳感技術(shù)和光纖光柵傳感技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展。對光纖光柵的發(fā)展、光纖光柵的分類和當(dāng)前的一

3、些光纖光柵的寫入技術(shù)以及光纖光柵在光通信領(lǐng)域和傳感領(lǐng)域的應(yīng)用，作了簡單介紹。 2 介紹了光纖光柵的理論特性分析，并分別利用耦合模理論、傳輸矩陣法和傅立葉變換法對各類型光纖光柵(布拉格光柵、長周期光柵、啁啾光柵)的光譜特性進行了分析。并詳細介紹了光纖光柵傳感中的解調(diào)技術(shù)以及復(fù)用技術(shù)。 3 在研究光纖光柵傳感技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對工程化實際應(yīng)用要求，初步設(shè)計制作了適合工程化應(yīng)用的光纖光柵溫度、應(yīng)變傳感器。對溫度、應(yīng)變傳感器的傳感

4、原理和封裝結(jié)構(gòu)及工藝研究分別做了詳細介紹。對大量實驗數(shù)據(jù)的分析結(jié)果表明，我們所研制的溫度、應(yīng)變傳感器基本達到了工程化實用的要求。 4 利用光纖光柵作為基本傳感元件，設(shè)計研制了一種基于輪輻式壓力盒裝置的 光纖光柵壓力傳感器。我們將兩根不同波長的光柵粘貼在傳感器同一輪輻的正反面上，提高了測量精度，減少了波長隨溫度漂移帶來的影響。在0～30KN的范圍內(nèi)，其測量線性度達到99.98％，靈敏度達到13.89N，且響應(yīng)速度快。與其它類型的