智能結(jié)構(gòu)光纖光柵保護(hù)方法及溫度傳感性能研究.pdf

1、光纖布拉格光柵(FBG)及其在光纖傳感器和光纖通信中的應(yīng)用研究引起了人們普遍的關(guān)注，光纖光柵傳感器具有不受電磁干擾、信號(hào)帶寬大、靈敏度高、易于復(fù)用、重量輕、結(jié)構(gòu)緊密、適合在高溫、腐蝕性或危險(xiǎn)性環(huán)境使用等優(yōu)點(diǎn)。這種傳感器在大型建筑和油井等特殊場(chǎng)合的安全檢測(cè)方面具有極為廣泛的應(yīng)用前景。本文主要以光纖布拉格光柵作為研究對(duì)象，對(duì)光纖光柵的保護(hù)、基本特性及傳感性能進(jìn)行了理論、實(shí)驗(yàn)和仿真研究，主要內(nèi)容包括： 本文對(duì)光纖光柵進(jìn)行了有效的保護(hù)。

2、提出了一種無(wú)粗化的光纖表面化學(xué)鍍的工藝，并且鍍層和光纖有較好的結(jié)合力。根據(jù)本課題后續(xù)處理的特點(diǎn)，用鍍層的結(jié)合力、電學(xué)性能、光亮度以及鍍速四個(gè)性能指標(biāo)作為判斷化學(xué)鍍工藝是否最佳的主要依據(jù)，采用正交試驗(yàn)方法得出了最佳化學(xué)鍍工藝，最佳工藝為：NiSO<,4>．6H<,2>O 25g.L<'-1>、NaH<,2>PO<,2>．H<,2>O20 g.L<'-1>、C<,3>H<,6>O<,2> 20mL.L<'-1>、H<,3>BO<,3>20g

3、.L<'-1>、NaF 1g.L<'-1>、糖精2mg.L<'-1>、PH值4.5、溫度86℃。對(duì)化學(xué)鍍后的光纖光柵進(jìn)行了電鍍。并對(duì)化學(xué)鍍和電鍍的結(jié)果進(jìn)行了理論分析。 根據(jù)鍍鎳FBG的特點(diǎn)，分析了鍍鎳FBG溫度變化時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變，從理論上推導(dǎo)出鍍鎳FBG的溫度靈敏度系數(shù)公式并用實(shí)驗(yàn)對(duì)公式進(jìn)行了驗(yàn)證，用理論證明了鍍鎳FBG的波長(zhǎng)漂移、應(yīng)力和應(yīng)變與溫度變化成線性關(guān)系．分析了鍍鎳FBG的溫度靈敏度系數(shù)與鍍層厚度的關(guān)系。用ANSYS軟件對(duì)

4、鍍鎳FBG在溫度變化時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行了仿真。理論分析得到鍍層厚度為4.26um的鍍鎳FBG的溫度靈敏度系數(shù)為 14.3235pm/℃，實(shí)驗(yàn)值為13.92pm/℃。理論、實(shí)驗(yàn)和仿真得到了基本一致的結(jié)果。 為了研究鍍鎳光纖布拉格光柵溫度靈敏度系數(shù)與鍍層厚度的關(guān)系，用同一根FBG分四次進(jìn)行化學(xué)鍍鎳，每次化學(xué)鍍后都測(cè)量其鍍鎳層厚度并進(jìn)行溫度傳感實(shí)驗(yàn)，從而得到在不同鍍鎳層厚度時(shí)的溫度靈敏度系數(shù)。討論了鍍鎳FBG的溫度靈敏度系數(shù)公式，理論分

5、析并用實(shí)驗(yàn)證明了鍍鎳層厚度與溫度靈敏度系數(shù)的關(guān)系，理論分析得到鍍層厚度分別為 2.315um、16.655um、85.255um的鍍鎳FBG 的溫度靈敏度系數(shù)依次為12.2403pm/℃、17.3782pm/℃、19.6026pm/℃，實(shí)驗(yàn)值依次為12.313pm/℃、17.1pm/℃、20.024pm/℃。理論值與實(shí)驗(yàn)值基本一致。討論了鍍鎳FBG波長(zhǎng)移位的滯回現(xiàn)象并用熱處理的方法消除了滯回現(xiàn)象。 對(duì)FBG埋入水泥砂漿后的溫度靈

6、敏度系數(shù)進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。分析了裸光纖光柵和鍍鎳光纖光柵埋入后的應(yīng)力應(yīng)變，推導(dǎo)了FBG埋入后的溫度靈敏度系數(shù)公式，并用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了溫度靈敏度系數(shù)公式，對(duì)埋入水泥砂漿的FBG受溫度變化時(shí)的應(yīng)變進(jìn)行了理論分析并用ANSYS軟件進(jìn)行了仿真。理論、實(shí)驗(yàn)和仿真得到了一致結(jié)果。 分析了FBG經(jīng)過(guò)保護(hù)再埋入金屬后溫度變化時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變，推導(dǎo)了FBG埋入金屬后的溫度靈敏度系數(shù)公式。以FBG埋入金屬鋁為例，對(duì)埋入金屬后的FBG受溫度變化時(shí)的應(yīng)力應(yīng)