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相似模拟实验中光纤光栅测试的温度补偿方法

作　者: 邓明
导　师: 刘健；柴敬
学　校: 西安科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 光纤Bragg光栅传感器 相似模拟实验 应力传感 温度传感 交叉敏感
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 102次
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内容摘要


光纤光栅传感技术是伴随着光纤通信技术而发展起来的一门新技术。这种传感器除了具有普通光纤传感器的优点外,还具有采用波长编码和在一根光纤上实现多点复用、多参量分布式测量的独特优势,可以实现温度、应变等诸多物理量的同时测量,因此已经被广泛应用到许多领域。本文简要介绍了光纤光栅传感器的特点和应用领域,说明了光纤光栅的分类以及制作方法,在阐述了光纤光栅的温度和应变传感原理的基础上,讨论了温度—应变交叉敏感问题,综合评述了已有的解决交叉敏感问题的方案,采用了不受力光纤光栅温度补偿方案。进行了光纤Bragg光栅的温度标定实验,光纤Bragg光栅中心波长与温度呈现良好的线性关系,其温度灵敏度为0.0132pm/℃,光纤Bragg光栅中心波长与温度的相关系数为0.9995,并没有迟滞现象,证明了光纤光栅具有良好的温度线性响应特性。为了解决交叉敏感问题,本文采用了一种结构简单、经济可靠的温度补偿方案,通过实验结果可知,剔除温度影响后,Bragg波长的方差显著减小,温度和中心波长的相关系数显著减小,这说明在采用该方案后,Bragg波长的偏移量主要是由应力引起的,其应力灵敏度范围为0.15nm/N～0.21nm/N。结合不受力光纤光栅温度补偿方案的特点和相似模拟实验测量要求,将其应用到检测岩梁挠度中,实验结果显示剔除温度影响后各光栅点的Bragg波长变化规律正好与悬露岩层变形规律相一致,证明了该方法在相似模拟实验中的应用是可行的。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
1 绪论  9-17
  1.1 引言  9
  1.2 光纤传感技术  9-12
    1.2.1 光纤传感器的工作原理  9-10
    1.2.2 光纤传感器的特点  10
    1.2.3 光纤传感器的分类  10-12
    1.2.4 光纤传感器的应用  12
  1.3 光纤光栅传感技术  12-15
    1.3.1 光纤光栅传感器的工作原理  13
    1.3.2 光纤光栅传感器的特点  13
    1.3.3 光纤光栅传感器的应用  13-15
  1.4 本论文的主要工作  15-17
2 光纤光栅传感技术  17-24
  2.1 引言  17
  2.2 光在光纤中的传输  17-18
  2.3 光纤光栅的分类  18-21
  2.4 光纤光栅写入技术  21-23
  2.5 本章小结  23-24
3 光纤BRAGG 光栅的基本理论  24-33
  3.1 引言  24
  3.2 耦合模理论  24-25
  3.3 光纤 BRAGG 光栅的折射率调制  25-27
  3.4 均匀周期正弦性光纤光栅  27-28
  3.5 光纤 BRAGG 光栅传感原理  28-31
    3.5.1 光纤 Bragg 光栅温度传感原理  29-30
    3.5.2 均匀轴向应力作用下光纤 Bragg 光栅传感原理  30-31
    3.5.3 均匀横向应力作用下光纤 Bragg 光栅传感原理  31
  3.6 本章小结  31-33
4 交叉敏感问题的解决方案  33-46
  4.1 引言  33
  4.2 交叉敏感问题  33
  4.3 光纤光栅温度应变区分测量方案  33-39
    4.3.1 多光栅组合方案  33-36
    4.3.2 单光纤光栅方案  36-39
  4.4 不受力光栅温度补偿方案  39-44
    4.4.1 不受力光栅温度补偿原理  39-40
    4.4.2 不受力温度补偿实验方案及分析  40-44
  4.5 本章小结  44-46
5 光纤光栅在相似模型中的温度补偿方法研究  46-66
  5.1 引言  46
  5.2 相似材料中光纤 BRAGG 光栅传感特性  46-48
  5.3 光纤 BRAGG 光栅在相似模型中的温度补偿实验  48-65
    5.3.1 实验目的  48
    5.3.2 实验材料及设备  48-50
    5.3.3 实验过程记录  50-53
    5.3.4 各光栅点 Bragg 波长变化规律及分析  53-63
    5.3.5 相似材料中光纤 Bragg 光栅中心波长变化规律  63-65
  5.4 本章小结  65-66
6 结论  66-68
  6.1 结论  66-67
  6.2 展望  67-68
致谢  68-69
参考文献  69-72
攻读硕士学位期间发表的论文及获奖情况  72

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 波导光学与集成光学 > 光纤元件
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