反射式强度调制型光纤微位移及角位移传感器研究
[Abstract]:Since the birth of the optical fiber, the fiber-optic sensing technology and various fiber-optic sensor devices have developed rapidly. The reflective intensity modulation type optical fiber sensor is an important component in the fiber sensor family, and can be used for different occasions, and the development of a novel reflective intensity modulation type optical fiber sensor which can meet different measurement requirements can be used for different occasions, and the development of the novel reflective intensity modulation type optical fiber sensor can be continuously subject to the attention of the researchers; and secondly, the displacement and the angular displacement are taken as the basic parameters in the measurement, and the rapid, high-precision and automatic measurement needs to be carried out in scientific research and production practice, and the technical requirements of moisture-proof, explosion-proof, no-source, low-noise and confidentiality are also needed, The development of new type of optical fiber displacement and angular displacement sensor is of great significance for the development of surveying and the progress of modern industrial technology. In this paper, a kind of optical fiber sensor based on reflection type light intensity modulation type object displacement and angular displacement is studied from the aspects of theory and experiment. The measuring principle and the basic structure of the sensor are firstly designed and analyzed, and the characteristic functions of displacement and angular displacement sensing modulation are derived; secondly, the theoretical sensing curve is simulated and simulated according to the obtained characteristic function and the specific parameters; and the influence of each parameter on the sensing performance is analyzed, the design idea and the technical path of such sensors are guided; then, the sensor performance, the repeatability, the hysteresis and the like of the designed optical fiber micro-displacement and the angular displacement sensor are measured and verified by the experiment, and the experimental results are compared with the theoretical results of the simulation and the simulation, The consistency of the probe is confirmed. Finally, a special design of the structure of the optical fiber probe is introduced to realize the method of detecting the light intensity. In this paper, some valuable results are obtained, and the theoretical and experimental results of the designed optical fiber displacement and angular displacement sensor are verified. the shape of the actual sensing curve is a left-right asymmetric clock-shaped curve, the left side is the front slope, the right side is the back slope, the front slope and the back slope of the curve can be used as a displacement sensing curve, The measuring range of the front and back slope fiber displacement sensors is 1. 05mm and 1. 60mm, respectively. The sensing interval is 0. 10-1. 15 mm and 1. 30-2.90mm, respectively. The displacement sensing range of the rear slope is 1. 5 times of the front slope, and the displacement sensing sensitivity of the front and back slope is (105.92%, Pmax) mW/ mm and (2.51%, Pmax) mW/ mm, respectively. Pmax is the maximum power value of the sensing curve, the sensitivity of the front slope is 3.85 times of the rear slope, and two positive and negative angle sensing sections with good linearity are obtained in the experimental study of angular displacement sensing. and finding that the distance between the reflecting mirror and the end surface of the optical fiber corresponds to different angular displacement sensing curves, and when the angular displacement is zero, the magnitude of the peak value of the angular displacement sensing curve increases as the distance between the reflecting mirror and the end surface of the optical fiber is increased, and then is reduced. but before the peak of the sensing curve reaches the maximum value, the increase of the distance does not change the linear sensing interval of the angular displacement sensor, and only the sensitivity is affected, and the experiment shows that the maximum sensitivity of the optical fiber angular displacement sensor is 13.71%/ deg. and the linear sensing interval is[-7.20 掳, 7.20 掳]. the reflective intensity modulation type optical fiber sensor is not only used for direct measurement of micro-displacement or angular displacement, but also can be combined with other devices to form a sensor for measuring other parameters, such as a speedometer, an accelerometer, an angular acceleration meter, a flow meter and the like, and has wide application prospect and industrial value.
【学位授予单位】:中国地质大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP212
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