基于扫频光源的光纤光栅温度和拉力传感系统

发布时间:2018-03-31 10:35

  本文选题:光纤光栅传感器 切入点:光纤Bragg光栅 出处:《北京交通大学》2017年硕士论文


【摘要】:光纤Bragg光栅(FBG)作为一种新型全光纤无源器件,以其独特的优点,在光纤通信以及传感领域均扮演了十分重要的角色。随着光纤光栅传感器的不断成熟和发展,多参数测量以及解调技术成为了目前光纤光栅传感系统的主要研究热点。因此,本文对光纤Bragg光栅温度、轴向拉力传感特性以及解调技术进行了研究。论文主要完成了以下工作:(1)论文针对光纤光栅的定义和分类做了详细的介绍;在分析光纤Bragg光栅的轴向应变、拉力和温度传感机理的基础上,理论上研究了光纤Bragg光栅的应变-温度交叉敏感问题。(2)针对传统宽带光源传感系统解调部分比较复杂,搭建了基于线性扫频光源的光纤光栅传感系统,其解调信号可通过传感光栅与参考光栅的反射信号时间间隔的变化再利用扫频激光器的扫频速率得到。(3)用单个传感光栅分别对在水浴中和空气中的温度传感特性以及拉力传感特性进行了实验研究,发现光纤Bragg光栅的温度和拉力传感特性都保持着较好的线性关系,只是其在水浴中的温度敏感系数要比空气中的大,分析了影响系统温度和拉力灵敏度的因素。最后用三个光纤Bragg光栅实现了温度与轴向拉力的同时测量,并对实验所得的结果进行了分析和比较,证明了该实验系统可单独或同时对温度和拉力(应变)进行测量。
[Abstract]:As a new type of all-fiber passive device, fiber Bragg grating (FBG) plays a very important role in the field of optical fiber communication and sensing with its unique advantages. Multi-parameter measurement and demodulation technology have become the main research focus of fiber Bragg grating sensing system. Therefore, the temperature of fiber Bragg grating is studied in this paper. The axial tension sensing characteristics and demodulation techniques are studied in this paper. The following work is accomplished: 1) the definition and classification of fiber Bragg gratings are introduced in detail, and the axial strain of fiber Bragg gratings is analyzed. Based on the sensing mechanism of tension and temperature, the strain-temperature cross-sensitivity of fiber Bragg grating is studied theoretically. The fiber Bragg grating sensing system based on linear sweep light source is built. The demodulated signal can be obtained by changing the time interval between the reflection signal of the sensing grating and the reference grating, and using the sweep rate of the sweep frequency laser to obtain the temperature sensing characteristics of the single sensing grating in the water bath and the air, respectively. And the characteristics of tensile force sensing are studied experimentally. It is found that the temperature and tension sensing characteristics of fiber Bragg gratings have a good linear relationship, but the temperature sensitivity coefficient in water bath is larger than that in air. The factors influencing the temperature and tension sensitivity of the system are analyzed. Finally, the temperature and axial tension are measured simultaneously by using three fiber Bragg gratings, and the experimental results are analyzed and compared. It is proved that the system can measure temperature and tension (strain) individually or simultaneously.
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN253;TP212

【参考文献】

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本文编号:1690359

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