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光纤光栅化学浓度传感器和解调技术的研究

作　者: 赵德新
导　师: 王葵如
学　校: 北京邮电大学
专　业: 光学
关键词: 光纤光栅温度不敏感化学浓度传感器保偏光纤环路无线传感
分类号: TP212.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

光纤光栅传感器通过光信号进行信息传递,比较传统传感器系统,拥有抗电磁干扰、分布传感、精度高等突出特点。目前已经在通信、建筑、军事、医疗和化工领域获得了广泛的应用。由于其优良的特性,是近年来研究的一个热点。本论文主要作了以下三个方面的工作:1.阐述了长周期光纤光栅(LPFG)和布拉格光纤光栅(FBG)化学浓度传感器的结构与传感原理,分别研究了基于LPFG和FBG的传感器在化学溶液浓度测量中消除温度敏感对传感影响的机理。分析了两种化学浓度传感器的灵敏度,其中双布拉格光纤光栅(FBG)化学浓度传感器通过测量布拉格光栅的双峰偏移间距来实现传感,其灵敏度可达到蔗糖溶液浓度每1%的变化,反射波长移动0.096nm。2.提出了一种基于偏振光干涉原理的光纤光栅波长解调方法。此方法采用一种新型保偏光纤环路,并在光纤环中加入偏振控制器,通过调整偏振控制器可以改变传输光的偏振方向。与传统的非平衡Mach-Zehnder干涉仪不同,此偏振光干涉仪是利用折射率n_e和n_o的差而不是利用光路长短的差来实现非平衡干涉的。本文用波导耦合理论和光纤偏振光传输理论,推导了非平衡Mach-Zehnder干涉仪输出光强、可见度的表达式,分析了干涉仪可见度与干涉仪输入光偏振态之间的关系。实验结果表明,该系统与非平衡Mach-Zehnder方法相比较,具有良好的静态性能,适合于精密测试中的静态信号的检测。3.提出采用无线通信方式进行数据传输,构建了一个新型的光纤光栅无线传感网络,并进行了传感头、无线收发的电路设计和实验验证。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-15
  1.1 光纤光栅传感技术概述  9-10
  1.2 光纤光栅传感的应用  10-13
    1.2.1 在地球动力学中的应用  10
    1.2.2 在航天器及船舶中的应用  10
    1.2.3 在民用工程结构中的应用  10-11
    1.2.4 在电力工业中的应用  11-12
    1.2.5 在医学中的应用  12
    1.2.6 在化学传感中的应用  12-13
  1.3 本论文的主要工作  13
  参考文献  13-15
第二章光纤光栅制作关键技术及其分类  15-28
  2.1 光纤的光敏性  15
  2.2 光栅的制作方案  15-18
    2.2.1 驻波法  15-16
    2.2.2 全息法  16
    2.2.3 干涉法  16-17
    2.2.4 相位掩膜法  17
    2.2.5 逐点写入法  17-18
    2.2.6 莫尔条纹振幅模版法  18
    2.2.7 在线写入法  18
  2.3 光纤光栅的切趾技术  18-25
    2.3.1 直流切趾对光栅的影响  19-20
    2.3.2 光纤光栅二次切趾技术  20-21
    2.3.3 实际制作中的切趾技术  21-25
  参考文献  25-28
第三章光纤光栅的温度和应变传感  28-34
  3.1 光纤Bragg光栅的温度、应变和应力灵敏度分析  28-30
    3.1.1 温度灵敏度  28-29
    3.1.2 应变灵敏度  29-30
    3.1.3 压力灵敏度  30
  3.2 长周期光纤光栅的温度和应变灵敏度  30-31
    3.2.1 应变灵敏度  31
    3.2.2 温度灵敏度  31
  3.3 实验研究  31-33
    3.3.1 温度特性  31-32
    3.3.2 应变传感特性  32-33
  参考文献  33-34
第四章光纤光栅化学浓度传感器研究  34-43
  4.1 光纤光栅化学浓度传感机理  34-36
    4.1.1 长周期光纤光栅(LPFG)化学浓度传感机理  34-35
    4.1.2 Bragg光纤光栅(FBG)化学浓度传感机理  35-36
  4.2 消除温度影响的浓度传感器  36-39
    4.2.1 基于长周期光纤光栅的温度不敏感化学浓度传感器  36-38
    4.2.2 基于光纤Bragg光栅的温度不敏感化学浓度传感器  38-39
  4.3 实验研究  39-40
  4.4 LPFG和FBG化学浓度传感器的比较分析  40
  参考文献  40-43
第五章光纤光栅波长解调技术研究  43-59
  5.1 光纤光栅波长解调方法  43-50
    5.1.1 滤波法  43-45
    5.1.2 可调窄带光源解调技术  45-46
    5.1.3 色散法  46-47
    5.1.4 干涉法  47-50
    5.1.5 小结  50
  5.2 保偏光纤环路解调方式研究  50-57
    5.2.1 非平衡MZ干涉仪原理  50-54
    5.2.2 偏振衰落分析  54-55
    5.2.3 保偏光纤环路解调试验  55-56
    5.2.4 两种方案比较  56-57
  参考文献  57-59
第六章无线传输模块设计与实现  59-67
  6.1 光纤光栅无线传感网络结构  59-62
    6.1.1 传统无线传感网络体系结构  59-60
    6.1.2 新型的光纤光栅传感网络的体系结构  60-62
  6.2 光纤光栅无线传感网络的结点设计  62-66
    6.2.1 传感头结点电路介绍  62-63
    6.2.2 无线接收发射芯片  63-66
    6.2.3 无线接收发射电路  66
  参考文献  66-67
致谢  67-68
攻读学位期间发表的学术论文目录  68

光纤光栅化学浓度传感器和解调技术的研究

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