新型光纤布拉格光栅矢量应变传感器研究
发布时间：2020-12-07 20:07
在地层能源勘探、开发及油气储运等领域,实时准确的获取多波场地震波信号、管道偏移(弯曲)量等矢量信息,对于描述地层结构、评价钻井状态和保障工程安全都具有重要意义。光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)凭借其应变响应灵敏度高、尺寸小、耐腐蚀、抗电磁干扰、易于组网复用等优势,在以上领域的传感应用中受到了很大的关注。但是由于传统FBG自身的几何对称性和波长解调的交叉灵敏性,限制了其在矢量振动或偏移(弯曲)检测方面的应用。在本论文的研究中,提出了具有非对称几何结构的新型FBG加工工艺,结合矢量分析数据处理及信号解调方法,研制了多种具备矢量应变响应的FBG传感器,既保留了传统普通FBG的特性(强抗干扰能力和高复用性等性能)、又突破了一些FBG的固有传感限制(弯曲不灵敏和交叉灵敏等问题),旨在解决石油工程行业等领域所需求的矢量传感检测问题。本论文的主要内容包括:1.综述了基于光纤干涉结构和光纤光栅结构的矢量应变传感器发展现状。对比分析了传统FBG、包层FBG和倾斜FBG的模式耦合特性。论述了几种常规的FBG加工制作方法,及紫外激光和飞秒激光写制FBG的主要原理。提出了提高F...
【文章来源】：西北大学陕西省 211工程院校
【文章页数】：116 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
可以将前向传输的一个模式图2.3.3LPG示意图。。强烈耦合至同向LPG作为透射式的光栅
较差的反射光谱厘米的太大的传输损耗。为了实现偏芯的栅区结构，纤的高低位置，为离轴刻写。聚焦位置可以通过激光经过光纤后的衍射光斑正后方，而在进行离轴刻写时，光斑将产生一定偏离。过程中，由于栅。相对于普通图3.1.2DCF 在刻写DCF刻写状态，监测光栅的反射光谱，并且如此长度的b），在光纤的后方放置一光屏观察衍射光斑位置，常规基于飞秒激光器和相位掩模板的光纤光栅刻写系统。II 型光栅的高激光能量刻写方法会导致光栅过[90]，所以为了获取更好的光谱特性，我们利用在刻写前，进行了熔接在两纤的高低位置，将激光的聚焦位置恰好位于FBG 的刻写，偏芯前，进行了 15熔接在两段普通单模光纤（激光的聚焦位置恰好位于FBG天的载氢处理（普通单模光纤（SMF刻写中，聚焦位置偏离光60℃）实现光路的连太大的传输损耗。为了实现偏芯的栅区结构，与标准的刻写DCF 内芯的上部，10MPDCF，内标准的刻写FBG）实现光路的连标准的刻写为离轴刻写。聚焦位置可以通过激光经过光纤后的衍射光斑
分别研究了传感器的线性响应和方向性响应。首先以0.01 mm的栅区方位角，因为根据图3.3.3图 3.3.3为了测试传感器2D 平面所产生的位移情况如图的位移增量，测试传感器的线性度响应，在此过程中位移方向控制朝向（a）偏芯FBG（a）给出了传感器在为了测试传感器的方向性响应，首先对传感器施加第三章 基于偏芯sinL D L 3.2.1反射光谱的线性响应，（3.2.1 节中分析的模场偏移，而且熔接点的耦合效率也在一定的方向性响应，首先对传感器施加FBG 的三维位移（弯曲）传感器=cossin2 2( )2 2R d LR RR RL L DR R 小节中的分析，此时基模模场相对于0-0.14 mm353.3.2 所示，在两个固定端间隔发生变R），产生的是轴向的位移变化 d（2 b）偏芯0.14 位移变化范围内的光谱响应
【参考文献】：
期刊论文
[1]光纤超声传感器及应用研究进展[J]. 乔学光,邵志华,包维佳,荣强周. 物理学报. 2017(07)
[2]Φ-OTDR分布式光纤传感监测技术的研究进展[J]. 刘建霞. 激光与光电子学进展. 2013(08)
[3]Flextensional fiber Bragg grating-based accelerometer for low frequency vibration measurement[J]. 张敬花,乔学光,忽满利,冯忠耀,高宏,杨扬,周锐. Chinese Optics Letters. 2011(09)
[4]双芯光纤马赫-曾德尔干涉仪的温度特性[J]. 范林勇,江微微,赵瑞峰,裴丽,简水生. 光学精密工程. 2011(01)
[5]一种新型的光纤光栅高频加速度传感器[J]. 张东生,姚开方,罗裴,姜德生. 仪器仪表学报. 2009(07)
[6]光纤FP干涉仪的调制原理和算法研究[J]. 董海兵,王秋燕. 软件导刊. 2009(06)
[7]新型分布式光纤管道泄漏检测技术及定位方法研究[J]. 杭利军,何存富,吴斌,蔡栋生,宋晏蓉. 光学学报. 2008(01)
[8]双马赫-曾德尔分布式光纤传感系统定位技术[J]. 陈伟民,吴俊,谭靖,胡庆,朱永,章鹏. 光学学报. 2007(12)
[9]光纤传感器的分类及其应用原理[J]. 丁小平,王薇,付连春. 光谱学与光谱分析. 2006(06)
[10]光纤干涉型传感器原理及其相位解调技术[J]. 裴雅鹏,杨军,苑立波. 光学与光电技术. 2005(03)
博士论文
[1]耐高温光纤光栅的飞秒激光制备及其应用研究[D]. 陈超.吉林大学 2014
硕士论文
[1]飞秒激光制造微型FP光纤传感器机理与技术研究[D]. 李明.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2008
本文编号：2903830
【文章来源】：西北大学陕西省 211工程院校
【文章页数】：116 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
可以将前向传输的一个模式图2.3.3LPG示意图。。强烈耦合至同向LPG作为透射式的光栅
较差的反射光谱厘米的太大的传输损耗。为了实现偏芯的栅区结构，纤的高低位置，为离轴刻写。聚焦位置可以通过激光经过光纤后的衍射光斑正后方，而在进行离轴刻写时，光斑将产生一定偏离。过程中，由于栅。相对于普通图3.1.2DCF 在刻写DCF刻写状态，监测光栅的反射光谱，并且如此长度的b），在光纤的后方放置一光屏观察衍射光斑位置，常规基于飞秒激光器和相位掩模板的光纤光栅刻写系统。II 型光栅的高激光能量刻写方法会导致光栅过[90]，所以为了获取更好的光谱特性，我们利用在刻写前，进行了熔接在两纤的高低位置，将激光的聚焦位置恰好位于FBG 的刻写，偏芯前，进行了 15熔接在两段普通单模光纤（激光的聚焦位置恰好位于FBG天的载氢处理（普通单模光纤（SMF刻写中，聚焦位置偏离光60℃）实现光路的连太大的传输损耗。为了实现偏芯的栅区结构，与标准的刻写DCF 内芯的上部，10MPDCF，内标准的刻写FBG）实现光路的连标准的刻写为离轴刻写。聚焦位置可以通过激光经过光纤后的衍射光斑
分别研究了传感器的线性响应和方向性响应。首先以0.01 mm的栅区方位角，因为根据图3.3.3图 3.3.3为了测试传感器2D 平面所产生的位移情况如图的位移增量，测试传感器的线性度响应，在此过程中位移方向控制朝向（a）偏芯FBG（a）给出了传感器在为了测试传感器的方向性响应，首先对传感器施加第三章 基于偏芯sinL D L 3.2.1反射光谱的线性响应，（3.2.1 节中分析的模场偏移，而且熔接点的耦合效率也在一定的方向性响应，首先对传感器施加FBG 的三维位移（弯曲）传感器=cossin2 2( )2 2R d LR RR RL L DR R 小节中的分析，此时基模模场相对于0-0.14 mm353.3.2 所示，在两个固定端间隔发生变R），产生的是轴向的位移变化 d（2 b）偏芯0.14 位移变化范围内的光谱响应
【参考文献】：
期刊论文
[1]光纤超声传感器及应用研究进展[J]. 乔学光,邵志华,包维佳,荣强周. 物理学报. 2017(07)
[2]Φ-OTDR分布式光纤传感监测技术的研究进展[J]. 刘建霞. 激光与光电子学进展. 2013(08)
[3]Flextensional fiber Bragg grating-based accelerometer for low frequency vibration measurement[J]. 张敬花,乔学光,忽满利,冯忠耀,高宏,杨扬,周锐. Chinese Optics Letters. 2011(09)
[4]双芯光纤马赫-曾德尔干涉仪的温度特性[J]. 范林勇,江微微,赵瑞峰,裴丽,简水生. 光学精密工程. 2011(01)
[5]一种新型的光纤光栅高频加速度传感器[J]. 张东生,姚开方,罗裴,姜德生. 仪器仪表学报. 2009(07)
[6]光纤FP干涉仪的调制原理和算法研究[J]. 董海兵,王秋燕. 软件导刊. 2009(06)
[7]新型分布式光纤管道泄漏检测技术及定位方法研究[J]. 杭利军,何存富,吴斌,蔡栋生,宋晏蓉. 光学学报. 2008(01)
[8]双马赫-曾德尔分布式光纤传感系统定位技术[J]. 陈伟民,吴俊,谭靖,胡庆,朱永,章鹏. 光学学报. 2007(12)
[9]光纤传感器的分类及其应用原理[J]. 丁小平,王薇,付连春. 光谱学与光谱分析. 2006(06)
[10]光纤干涉型传感器原理及其相位解调技术[J]. 裴雅鹏,杨军,苑立波. 光学与光电技术. 2005(03)
博士论文
[1]耐高温光纤光栅的飞秒激光制备及其应用研究[D]. 陈超.吉林大学 2014
硕士论文
[1]飞秒激光制造微型FP光纤传感器机理与技术研究[D]. 李明.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2008
本文编号：2903830
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