基于扫频光源的光纤光栅温度和应力传感系统

发布时间：2017-08-17 22:10

  本文关键词：基于扫频光源的光纤光栅温度和应力传感系统

  更多相关文章： 光纤传感器 光纤Bragg光栅 扫频光源 温度 应力和应变

【摘要】：随着光纤的出现和光纤器件的发展,光纤传感逐渐形成一门新兴技术。光纤传感技术拥有着许多传统电学传感技术无法比拟的优点。近年来,随着光纤Bragg光栅(FBG)制作技术的不断成熟及其应用研究的日趋深入,光纤光栅在传感领域中扮演了十分重要的角色,展现出其强大的生命力和发展前途。基于以上背景,本文对光纤Bragg光栅温度和应力传感特性进行了研究。首先以光纤光栅的物理模型为基础,介绍了光纤光栅的耦合模理论。在此基础上,针对FBG及LPG两种不同模式耦合的光栅,结合相应的边界条件,得到了它们光学特性的解析表达式。接着详细分析了光纤Bragg光栅的应变及温度传感原理,并阐述了产生光纤光敏性的微观机理,介绍了两种常见的光纤材料增敏技术。提出并搭建了基于扫频光源的光纤光栅温度和应变传感系统。系统使用了示波器代替光谱仪检测光栅的反射峰,另外还使用了多个光栅进行准分布传感,其中第一个光栅为参考光栅,其他光栅为传感光栅。通过此系统：(1)研究了水及空气中的光栅温度传感特性。实验结果表明：光栅在水及空气中Bragg反射波长均随着温度的升高向长波长方向偏移,随着温度的降低向短波长方向偏移,并且基本都保持线性关系,只是水中和空气中的斜率不同。(2)研究了光纤Bragg光栅的应力和应变传感问题,实验给出了Bragg波长随应力增大向长波长方向偏移,且与光栅所受应力基本为线性关系,根据实验结果进一步得到了波长偏移量与应变关系曲线。(3)与光谱仪检测Bragg波长偏移相比,本系统具有更高的测量精度。
【关键词】：光纤传感器 光纤Bragg光栅 扫频光源 温度 应力和应变
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 1 绪论10-15
• 1.1 研究背景及意义10
• 1.2 光纤光栅传感技术特点10-12
• 1.3 光纤光栅传感系统国内外发展现状12-14
• 1.4 本论文的主要研究内容14-15
• 2 光纤光栅传感原理15-31
• 2.1 光纤光栅物理模型及耦合模理论15-23
• 2.1.1 光纤光栅物理模型15-16
• 2.1.2 耦合模理论16-18
• 2.1.3 传输矩阵分析法18-23
• 2.2 光纤BRAGG光栅传感特性23-28
• 2.2.1 光纤Bragg光栅应变传感原理23-26
• 2.2.2 光纤Bragg光栅温度传感原理26-27
• 2.2.3 光纤Bragg光栅应变—温度灵敏度27-28
• 2.3 光纤的光敏性及增敏技术28-30
• 2.3.1 光纤的光敏性28-29
• 2.3.2 光纤增敏技术29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 3 光纤光栅温度及应力传感器特性研究31-47
• 3.1 光纤光栅传感系统结构31-34
• 3.2 光纤光栅温度探测实验34-43
• 3.2.1 单光栅温度探测实验34-39
• 3.2.2 多光栅温度探测实验39-43
• 3.3 光纤光栅应力探测实验43-45
• 3.4 本章小结45-47
• 4 总结与展望47-49
• 参考文献49-52
• 作者简历及攻读硕士/博士学位期间取得的研究成果52-54
• 学位论文数据集54

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本文编号：691335