基于光纖光柵的多力參數(shù)測量及信號分析技術(shù)的研究.pdf

1、近年來，光纖光柵在光纖傳感和光纖通信中的應(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、信號帶寬大、靈敏度高、易于復(fù)用、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，易于光纖連接，實現(xiàn)波長絕對編碼及可以把多個傳感器利用各種復(fù)用技術(shù)連接成傳感網(wǎng)絡(luò)，埋入材料和結(jié)構(gòu)內(nèi)部或貼裝在其表面，實現(xiàn)對其特性的多點監(jiān)測等優(yōu)點。這種傳感器在大型建筑和油井等特殊場合的安全監(jiān)測方面具有極為廣泛的應(yīng)用前景。本文主要對光纖光柵在多力參數(shù)檢測中的反射譜特性進行了理論和實驗研究，具

2、體內(nèi)容包括： 介紹了模耦合理論對光纖光柵反射譜模型建立的方法，分析了相關(guān)參數(shù)對反射譜的影響。從光柵的相位匹配條件出發(fā)，對光柵的軸向均勻應(yīng)變、軸向非均勻應(yīng)變、溫度和應(yīng)變一溫度交叉敏感特性進行了詳細的討論，并建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。 在研究過程中，對橫向均勻負載作用下的光纖光柵反射譜特性進行了詳細分析，討論了其反射譜分裂的原因、兩個偏振方向反射譜的受力關(guān)系等。同時，應(yīng)用傳輸矩陣的方法對光纖光柵橫向局部受力特性進行了研究，研究發(fā)

3、現(xiàn)當(dāng)光柵局部受力時，反射譜產(chǎn)生分裂，分裂點波長移動與受力大小成線性周期變化，分裂點的反射率與光柵局部受力位置為雙曲正切關(guān)系，而且相位也存在一定的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，對光纖光柵的橫向非均勻受力情況進行了研究，分別討論了線性作用力、正弦型作用力和二次曲線型作用力條件下的光柵反射譜的特性，得到了各種作用力參數(shù)與反射譜帶寬、對稱中心波長等的關(guān)系，建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。通過對光柵的橫向負載特性分析，討論了其在傳感和光纖器件方面的應(yīng)用前景和重要意義。

4、 光纖光柵扭轉(zhuǎn)特性的研究是課題研究的重要部分之一。本文基于高雙折射光纖扭轉(zhuǎn)特性和光柵的耦合特性，建立了扭轉(zhuǎn)高雙折射光纖光柵的耦合方程，對其反射譜特性與扭轉(zhuǎn)角度的關(guān)系進行了研究，并應(yīng)用傳輸矩陣的方法進行了驗證。研究表明，隨著扭轉(zhuǎn)角度的增加，兩個偏振方向的光柵反射譜中心波長發(fā)生移動且反射率降低，長波長的產(chǎn)生“紅移”，短波長的產(chǎn)生“藍移”，移動的波長量基本相同。同時，在反射譜中產(chǎn)生一個新的諧振峰，其峰值波長為兩光柵中心波長之和的1/2

5、，峰值反射率與扭轉(zhuǎn)角度為正切關(guān)系。通過對光柵的扭轉(zhuǎn)特性分析，討論了其在光纖扭曲傳感方面的應(yīng)用價值。 針對光纖光柵在不同條件下的反射譜變化特性，提出應(yīng)用蟻群算法進行光柵反射譜特征分析的構(gòu)想。通過對蟻群算法模型的建立和程序的設(shè)計，分別對光柵軸向受力和橫向受力的情況建立了相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)，并進行了理論仿真實驗。實驗詳細研究了算法各參數(shù)對反射譜尋優(yōu)的影響，并討論了算法的穩(wěn)定性、收斂性和準(zhǔn)確性。 在上述研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計了基于光纖光