光纤曲率传感器关键技术研究
发布时间：2021-07-06 18:05
结构的弯曲曲率是衡量物体形变程度的重要参数之一。实际应用中,曲率很难被直接测量。目前大多数检测结构变形程度的传感器都是通过检测弯曲引起的应变,进而计算出形变的。薄结构在大曲率半径弯曲时产生的应变很小,采用应变的方法测量比较困难。因此,开发一种高精度的可以直接测量曲率的传感器对于薄结构在大曲率半径弯曲时的形变测量具有重要意义。本文介绍一种基于强度调制型的光纤曲率传感技术,通过在光纤表面引入敏感区对光纤中传输光的模场进行扰动。当光纤向不同方向弯曲时,其模场分布会发生变化,则敏感区对模场的扰动程度就会发生变化,光纤敏感区的透射系数和背向散射系数也会随之变化。本文采用脉冲自参考解调技术从理论上抑制光源强度波动、光路传输损耗变化、系统噪声等因素的影响。并基于该解调技术研制了高精度强度调制型光纤曲率传感系统。采用有限差分光束传播法对侧边抛磨光纤传输特性进行数值仿真研究。利用MATLAB软件对基于曲率的曲线重建算法进行仿真验证。通过悬臂梁曲率测量实验对光纤曲率传感器增敏区的透射系数和背向散射系数进行高精度测量。实验测定传感器透射系数线性区灵敏度为0.47/m-1,背向散射系数灵敏度为6.73/m-1...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光纤宏弯传感器监测动物呼吸胸腔轮廓改变[19]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文4损耗减校根据损耗的变化情况可以得到弯曲的方向和曲率半径大校Davis.C[19]将光纤绕成环，通过传输光光强变化检测宏弯变形，并利用此传感器检测动物呼吸时胸腔轮廓的改变情况。Davis.C的实验图如图1-1所示。图中a为光纤环，b为逆电流器，c为激光光源光纤，d为监测光纤。图1-1光纤宏弯传感器监测动物呼吸胸腔轮廓改变[19]BabchenkoA[20]改进Davis.C传感器的环形结构，用相似的技术制成呼吸胸围变化传感器（RCCC）检测呼吸时胸围的变化。如图1-2为该传感器结构。图1-2RCCC传感器弯曲光纤结构[20]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文5徐波[21]等利用光纤辐射损耗与弯曲半径在一定范围内呈指数关系制成光纤曲率传感器并应用于数据手套开发中检测手部关节弯曲角度。AnatolyBabchenko[22]等将渐变型塑料光纤制成多圈螺旋管结构，利用光纤宏弯曲引起光传输损耗改变的传感原理检测结构变形。如图1-3是多圈螺旋管结构测量系统。该结构在曲率半径25mm的半径范围内时，分辨率可达20um。图1-3多圈螺旋管结构测量系统[22]SienkiewiczF[23]等人将光纤弯曲成“8”字型制成基于强度调制的光纤曲率传感器，传感器示意图如图1-4所示，工作原理是拉伸“8”字形光纤两端使光纤弯曲曲率迅速变化引起传输损耗变化。此种传感器结构可以应用于直线位移测量。图1-4光纤“8”字型结构示意图[23]
【参考文献】：
期刊论文
[1]变体飞行器柔性复合蒙皮植入式光纤形状传感[J]. 张雄雄,宋言明,孟凡勇,孙广开,祝连庆. 红外与激光工程. 2019(06)
[2]光纤植入聚酰亚胺薄膜柔性曲率传感器[J]. 曲道明,孙广开,孟凡勇,宋言明,祝连庆. 仪器仪表学报. 2019(01)
[3]基于SPS光纤结构的高灵敏度曲率传感器[J]. 陆杭林,胡君辉. 激光与光电子学进展. 2019(08)
[4]基于七芯光纤和少模光纤拼接结构的曲率传感测量[J]. 许西宁,陈雍君. 光学学报. 2019(03)
[5]基于匹配滤波解调的多芯Bragg光栅曲率传感器[J]. 郑狄,潘炜,Sales Salvador. 光学学报. 2018(03)
[6]温度不敏感的错位熔接-粗锥型光子晶体光纤曲率传感器[J]. 付广伟,李颀峰,李昀璞,杨传庆,付兴虎,毕卫红. 光学学报. 2016(11)
[7]光纤光栅曲线重建算法中的曲率连续化研究[J]. 肖海,章亚男,沈林勇,钱晋武. 仪器仪表学报. 2016(05)
[8]基于B样条拟合的光纤光栅机敏柔性结构形态重构[J]. 朱晓锦,蒋丽娜,孙冰,张合生,易金聪. 光学精密工程. 2011(07)
[9]弯曲增敏型光纤曲率传感器机理的研究[J]. 刘仁强,刘品宽,付庄,赵言正,王树国. 光学学报. 2007(05)
[10]侧边抛磨光纤的光传输特性研究[J]. 江沛凡,陈哲,曾应新,刘林和,李丰丽. 半导体光电. 2006(05)
硕士论文
[1]高精度强度调制型光纤传感关键技术及其应用研究[D]. 卞强.国防科技大学 2018
本文编号：3268720
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光纤宏弯传感器监测动物呼吸胸腔轮廓改变[19]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文4损耗减校根据损耗的变化情况可以得到弯曲的方向和曲率半径大校Davis.C[19]将光纤绕成环，通过传输光光强变化检测宏弯变形，并利用此传感器检测动物呼吸时胸腔轮廓的改变情况。Davis.C的实验图如图1-1所示。图中a为光纤环，b为逆电流器，c为激光光源光纤，d为监测光纤。图1-1光纤宏弯传感器监测动物呼吸胸腔轮廓改变[19]BabchenkoA[20]改进Davis.C传感器的环形结构，用相似的技术制成呼吸胸围变化传感器（RCCC）检测呼吸时胸围的变化。如图1-2为该传感器结构。图1-2RCCC传感器弯曲光纤结构[20]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文5徐波[21]等利用光纤辐射损耗与弯曲半径在一定范围内呈指数关系制成光纤曲率传感器并应用于数据手套开发中检测手部关节弯曲角度。AnatolyBabchenko[22]等将渐变型塑料光纤制成多圈螺旋管结构，利用光纤宏弯曲引起光传输损耗改变的传感原理检测结构变形。如图1-3是多圈螺旋管结构测量系统。该结构在曲率半径25mm的半径范围内时，分辨率可达20um。图1-3多圈螺旋管结构测量系统[22]SienkiewiczF[23]等人将光纤弯曲成“8”字型制成基于强度调制的光纤曲率传感器，传感器示意图如图1-4所示，工作原理是拉伸“8”字形光纤两端使光纤弯曲曲率迅速变化引起传输损耗变化。此种传感器结构可以应用于直线位移测量。图1-4光纤“8”字型结构示意图[23]
【参考文献】：
期刊论文
[1]变体飞行器柔性复合蒙皮植入式光纤形状传感[J]. 张雄雄,宋言明,孟凡勇,孙广开,祝连庆. 红外与激光工程. 2019(06)
[2]光纤植入聚酰亚胺薄膜柔性曲率传感器[J]. 曲道明,孙广开,孟凡勇,宋言明,祝连庆. 仪器仪表学报. 2019(01)
[3]基于SPS光纤结构的高灵敏度曲率传感器[J]. 陆杭林,胡君辉. 激光与光电子学进展. 2019(08)
[4]基于七芯光纤和少模光纤拼接结构的曲率传感测量[J]. 许西宁,陈雍君. 光学学报. 2019(03)
[5]基于匹配滤波解调的多芯Bragg光栅曲率传感器[J]. 郑狄,潘炜,Sales Salvador. 光学学报. 2018(03)
[6]温度不敏感的错位熔接-粗锥型光子晶体光纤曲率传感器[J]. 付广伟,李颀峰,李昀璞,杨传庆,付兴虎,毕卫红. 光学学报. 2016(11)
[7]光纤光栅曲线重建算法中的曲率连续化研究[J]. 肖海,章亚男,沈林勇,钱晋武. 仪器仪表学报. 2016(05)
[8]基于B样条拟合的光纤光栅机敏柔性结构形态重构[J]. 朱晓锦,蒋丽娜,孙冰,张合生,易金聪. 光学精密工程. 2011(07)
[9]弯曲增敏型光纤曲率传感器机理的研究[J]. 刘仁强,刘品宽,付庄,赵言正,王树国. 光学学报. 2007(05)
[10]侧边抛磨光纤的光传输特性研究[J]. 江沛凡,陈哲,曾应新,刘林和,李丰丽. 半导体光电. 2006(05)
硕士论文
[1]高精度强度调制型光纤传感关键技术及其应用研究[D]. 卞强.国防科技大学 2018
本文编号：3268720
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