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光纤布拉格光栅传感器交叉敏感问题基础研究

作　者: 张鹰
导　师: 张玉书
学　校: 吉林大学
专　业: 物理电子学
关键词: 光纤Bragg 光栅传感器耦合模应力温度特性交叉敏感悬臂梁分布式传感
分类号: TP212.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 375次
引　用: 5次
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内容摘要

本论文简要介绍了光纤传感器的发展状况和特点,同时对光纤光栅的发展、分类、制作方法进行了简单说明。从光纤光栅的耦合模理论入手,阐述了各类传感器的传感原理。通过实验对几种基于Bragg 光纤光栅的传感器进行了特性研究和实际验证。实验中,我们采用相位掩模法制备出了具有良好反射谱型的Bragg 光纤光栅。分析并验证了Bragg 光纤光栅的中心反射波长的漂移量与应力及温度的变化成线性关系,引入了“交叉敏感”的问题。我们提出一种新型的基于悬臂梁的双光栅测量方法,不但消除了交叉敏感的影响,而且大大提高了应力传感的灵敏度。此外还设计了一套分布式光纤Bragg 光栅传感系统,实验结果表明分布传感系统可以很好地完成点对点的测量,各点之间并不互相影响,并且可以通过补偿光栅来解决交叉敏感问题。我们将计算机与传感器相连,实现了对温度、应力或其他物理量的实时在线监测。该项研究对光纤光栅传感器的实际应用具有现实的指导意义。

全文目录

第一章引言  7-13
  1.1 光纤光栅传感器的特点  7-8
  1.2 光纤光栅传感器的应用  8-13
第二章光纤光栅概述  13-26
  2.1 光在光纤中的传播  13-15
  2.2 光纤光栅的发展及分类  15-21
    2.2.1 光纤光栅的发展  15-16
    2.2.2 光纤光栅的分类  16-21
  2.3 光纤光栅的制作方法  21-26
    2.3.1 锗硅光纤的光致折变机理  21-22
    2.3.2 光敏光纤的制备  22-23
    2.3.3 成栅的紫外光源  23
    2.3.4 周期性光纤光栅的制作方法  23-26
第三章光纤光栅的基本理论  26-38
  3.1 周期性微扰电介质中的耦合模理论  26-31
  3.2 光纤光栅耦合模理论  31-33
    3.2.1 光纤光栅结构  31
    3.2.2 光纤光栅耦合模方程  31-33
  3.3 周期性光纤光栅的理论分析  33-38
    3.3.1 均匀光纤 Bragg 光栅  33-34
    3.3.2 长周期光纤光栅耦合模理论  34-38
第四章光纤光栅传感机理及应用研究  38-51
  4.1 光纤布拉格(Bragg)光栅传感原理  39-42
  4.2 长周期光纤光栅传感原理  42-45
    4.2.1 长周期光纤光栅的应变灵敏度系数  43-44
    4.2.2 长周期光纤光栅的温度灵敏度系数  44
    4.2.3 折射率对长周期光纤光栅的影响  44-45
  4.3 布拉格光纤光栅与长周期光纤光栅的差异  45-46
  4.4 交叉敏感问题解决方案  46-51
    4.4.1 双波长矩阵运算法  46-48
    4.4.2 双参量矩阵运算法  48-49
    4.4.3 应变(温度)补偿法  49-50
    4.4.4 双周期光纤光栅传感器  50-51
第五章光纤Bragg 光栅特性研究及实验  51-73
  5.1 相位掩模法制备光纤Bragg 光栅  51-53
  5.2 光纤Bragg 光栅传感器特性研究  53-59
    5.2.1 应力特性  53-55
    5.2.2 温度特性  55-56
    5.2.3 单一光纤Bragg 光栅拉力传感器的设计与验证  56-59
  5.3 基于悬臂梁的光纤Bragg 光栅传感器  59-66
    5.3.1 悬臂梁力学特性分析  60
    5.3.2 传感原理  60-61
    5.3.3 实验结果与讨论  61-66
  5.4 分布式光纤Bragg 光栅应力传感系统的设计  66-73
    5.4.1 分布式光纤Bragg 光栅应力传感系统的基本结构  66-67
    5.4.2 实验设计  67-68
    5.4.3 实验结果及讨论  68-73
第六章结论  73-76
参考文献  76-79
中文摘要  79-82
Abstract  82-86
致谢  86

光纤布拉格光栅传感器交叉敏感问题基础研究

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