光纖光柵傳感技術(shù)及其在稱(chēng)重系統(tǒng)中的應(yīng)用.pdf

1、光纖光柵是近年來(lái)發(fā)展最為迅速、應(yīng)用最為廣泛的光纖無(wú)源器件之一。由于光纖布拉格光柵對(duì)特定波長(zhǎng)的光具有反射作用，并且其反射中心波長(zhǎng)隨著溫度、應(yīng)力等物理量的變化而變化，具有優(yōu)良的溫度和應(yīng)變響應(yīng)特性，因此它在傳感領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。光纖光柵傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)之一是便于構(gòu)成分布式傳感系統(tǒng)，而構(gòu)成分布式傳感系統(tǒng)最關(guān)鍵技術(shù)之一是復(fù)用技術(shù)，包括波分復(fù)用(WDM)、時(shí)分復(fù)用(TDM)、空分復(fù)用(SDM)及它們的組合復(fù)用技術(shù)。 本文利用光柵傳感器

2、的感知特性研制開(kāi)發(fā)出一種光纖光柵地秤模型。其基本思想是將光柵傳感器固定于形變器上，利用光柵傳感器監(jiān)測(cè)形變器變形間接獲得導(dǎo)致形變器變形的石塊荷載。 在分析相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，本文首先從麥克斯韋方程組出發(fā)，推導(dǎo)出了耦合模方程。分別采用耦合模法和轉(zhuǎn)移矩陣法對(duì)Bragg 光纖光柵、啁啾光柵和切趾光柵進(jìn)行了數(shù)值模擬仿真，并分析了光柵反射光譜的特性。 對(duì)光纖布拉格光柵的應(yīng)變、溫度傳感機(jī)理進(jìn)行了較為詳細(xì)的理論研究，分析了光纖布拉格光柵的

3、溫度、應(yīng)變和壓力的靈敏度，并討論了溫度－應(yīng)變交叉靈敏度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。對(duì)光纖Bragg 光柵的溫度、壓力傳感特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析吻合。 對(duì)縱向和橫向兩種傳力結(jié)構(gòu)的可行性進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)制作了六個(gè)光柵形變器，并對(duì)光柵形變器進(jìn)行了精確度、分辨率、線性度和重復(fù)性等方面的試驗(yàn)和標(biāo)定，得到了滿足稱(chēng)重需要的結(jié)果；在實(shí)際的工程應(yīng)用中，可以根據(jù)實(shí)際需要的測(cè)量范圍和測(cè)量精度來(lái)確定形變器的尺寸。 最后，將臺(tái)