布拉格光纖光柵傳感器理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、布拉格光纖光柵自從70年代末出現(xiàn)以來，由于其良好的濾波特性和靈敏的溫度和應(yīng)變響應(yīng)，已經(jīng)在光纖通信、傳感和測(cè)量領(lǐng)域取得了廣泛應(yīng)用。本文主要對(duì)布拉格光纖光柵的準(zhǔn)分布式和分布式傳感特性進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。 本文首先對(duì)準(zhǔn)分布式復(fù)用型布拉格光纖光柵傳感器系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)(波長解調(diào))進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。采用可調(diào)諧光纖激光器作為系統(tǒng)光源提高信號(hào)強(qiáng)度，數(shù)字濾波等信號(hào)處理技術(shù)提高了系統(tǒng)分辨率，并結(jié)合波分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)了解調(diào)速度為4Hz，分辨率為

2、lgstrain，通道間隔為lnm，光譜范圍在 C 波段的復(fù)用型準(zhǔn)分布式布拉格光纖光柵應(yīng)變傳感器解調(diào)系統(tǒng)。而且通過采用LabView+數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理和軟件監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 通過結(jié)合金屬鋁封裝和腐蝕光纖光柵相結(jié)合的方法，首次提出了新型的溫度增敏型布拉格光纖光柵溫度傳感器封裝，封裝后的光纖光柵在20℃～90℃溫度范圍內(nèi)，其等效溫度靈敏度比普通光纖光柵提高了約5.53倍。這種封裝不僅實(shí)現(xiàn)了光纖光柵

3、的高溫度靈敏度系數(shù)，而且通過替換封裝材料和控制光纖腐蝕程度，可以方便地在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)各種不同的溫度靈敏度光纖光柵傳感器，使其可以滿足各種需要。 對(duì)分布式布拉格光纖光柵傳感器進(jìn)行了理論研究，通過對(duì)非均勻應(yīng)變場(chǎng)中的布拉格光纖光柵光譜建模，分析了傳輸矩陣法和龍格-庫塔這兩種方法的區(qū)別，并結(jié)合兩者優(yōu)點(diǎn)改進(jìn)了用于分析非均勻應(yīng)變的模型；還首次提出了基于退火進(jìn)化和自適應(yīng)遺傳算法的光纖光柵光譜重構(gòu)技術(shù)，改進(jìn)了現(xiàn)有的光譜重構(gòu)方法，使其更加適用于

4、布拉格光纖光柵的分布式傳感應(yīng)用，這種分布式傳感可以應(yīng)用于探測(cè)微小結(jié)構(gòu)的應(yīng)變分布和溫度分布。 最后，基于布拉格光纖光柵包層模式的諧振波長在一定條件下受到外界折射率的影響的原理，首次提出了采用布拉格光纖光柵包層模式進(jìn)行折射率傳感的方案，并采用光纖三層模型分析了布拉格光纖光柵包層模的折射率傳感特性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在1.33～1.4584的折射率范圍內(nèi)，包層模式耦合波長隨外界折射率增大而增大，在接近光纖包層折射率處具有很高的折射率靈敏度，