應變和溫度同時測量新型光纖傳感器的研究.pdf

1、光纖傳感測試技術由于具有抗電磁干擾、遠距離傳輸、能實現(xiàn)絕對測量的優(yōu)點，在大型結構健康監(jiān)測系統(tǒng)中越來越顯示出獨特優(yōu)勢，但監(jiān)測系統(tǒng)多參量測量和多測點布設的特點，又要求光纖傳感器具有多參量測量的功能，以簡化傳感器和傳輸線的布設，提高監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性。因此，如何實現(xiàn)光纖傳感的多參量同時測量技術，是目前國內外關注的熱點和難點問題之一。 為了解決應變和溫度同時測量問題，本文通過對光纖傳感原理的詳盡分析，提出了一種基于FBG/EFPI的應變和

2、溫度同時測量系統(tǒng)，并對其進行了系統(tǒng)設計和試驗研究，為該同時測量系統(tǒng)的實際應用奠定了理論和技術基礎。本課題的主要研究工作和取得的成果如下： 第一，在詳盡分析光纖FBG和EFPI傳感原理及其傳感特性的基礎上，提出了應變和溫度同時測量的系統(tǒng)設計方案，并對其同時測量理論進行了深入分析。該系統(tǒng)是由新型FBG/EFPI復合式傳感器、ASE寬帶光源、多波長計和相關軟硬件組成，其中FBG用于應變測量，EFPI用于溫度測量，并采用同一解調系統(tǒng)對應

3、變和溫度信號進行采集和分析處理。 第二，對FBG/EFPI復合式傳感器進行了結構設計和制作工藝研究，給出了FBG/EFPI傳感頭的各項結構參數(shù)范圍，確定了FBG/EFPI復合式傳感器的封裝結構和尺寸，并分別制定出FBG/EFPI傳感頭制作工藝和封裝保護工藝的工藝流程，制作出了新型FBG/EFPI復合式傳感器成品。 第三，在分析比較幾種常見的FBG、EFPI解調方法的基礎上，設計出了能實現(xiàn)FBG/EFPI復合式傳感器應變和

4、溫度同時測量的解調方案，并完成了解調系統(tǒng)硬件設備的選型、設備接口驅動程序和專用解調軟件的編寫工作，最后進行了解調系統(tǒng)的軟硬件調試。調試結果表明：該解調系統(tǒng)完全可以實現(xiàn)對應變和溫度信號同時采集和分析處理的功能。 第四，設計了FBG/EFPI復合式傳感器應變、溫度同時測量實驗系統(tǒng)，進行了溫度和應變特性測試試驗，驗證了應變和溫度同時測量系統(tǒng)的實用性。試驗結果表明：應變測量精度優(yōu)于±3με，測試量程為±2000με；溫度測量精度優(yōu)于0.