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特种光纤光栅多参量传感及应用研究

作　者: 罗君
导　师: 詹亚歌
学　校: 东华大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 光纤光栅布喇格光纤光栅长周期光纤光栅保偏光纤光栅啁啾光纤光栅
分类号: TP212.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

光纤光栅传感器是近年来发展最为迅速的传感器之一,其具有灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、动态测量范围宽、体积小、易于复用等优点,因此得到了广泛的研究和应用。目前,单个光纤光栅传感头多用于对单个参量(如温度、应变、磁场强度等)的传感测量；而对多参量的测量常需借助多个光纤光栅传感头,且常用光谱仪进行解调,这增加了系统的成本和复杂性。因此,对单个光纤光栅实现多参量传感测量技术的研究具有重要意义,尤其是对传感头和解调元件均为光纤元件的全光纤型(多参量)传感系统的理论设计和实验研究更加重要。本论文的研究工作主要是围绕三种特种光纤光栅的多参量传感特性及应用展开。论文内容主要有：(1)理论分析并实验研究了长周期光纤光栅的温度和浓度传感特性,在此基础上利用长周期光纤光栅多个损耗峰不同的温度和溶液浓度回应系数,进行了溶液温度和浓度的多参量实时测量的研究。(2)基于长周期光纤光栅损耗峰单边线性滤波的原理,选择相匹配的长周期光纤光栅和布喇格光纤光栅,研究了温度和浓度两种全光纤型光纤光栅传感器。在温度传感器中利用光纤布喇格光栅作温度敏感元件,匹配的长周期光纤光栅作信号解调元件,实现了0.013℃的温度分辨率；溶液浓度传感器中,利用长周期光纤光栅作浓度敏感元件,匹配的光纤布喇格光栅作信号解调元件,实现NaCl溶液0.104g/L的质量浓度分辨率。(3)对保偏光纤光栅温度和应力的传感特性进行了理论和实验研究。实验中将保偏光纤光栅封装于玻纤复合材料中,对复合材料内部温度和应力分别进行了传感实验。封装后保偏光纤光栅两个反射峰的应力响应系数分别为197pm/MPa(x轴)和200pm/MPa(y轴),而温度灵敏系数分别提高了53.6%(x轴)和57.9%(y轴)；并在此基础上提出了用单根保偏光纤光栅同时测量温度和应变两个参量的方法。(4)介绍了啁啾光纤光栅的理论知识,并将其封装于玻纤复合材料中,对其进行了温度和应力的传感实验。实验结果显示,封装后啁啾光纤光栅的应力响应系数为537pm/MPa,而其温度灵敏系数提高了143.80%。在实验结果的基础上设计了全光纤型温度和应变的多参量传感系统。该系统可利用单个啁啾光纤光栅传感头实现复合材料结构主要健康参量(温度和应变)的远程、在线无损监测。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-10
第一章引言  10-23
  1.1 光纤传感技术概况  10-11
  1.2 光纤光栅发展状况  11-13
  1.3 光纤光栅的分类  13-16
  1.4 光纤布拉格光栅制作技术  16-18
  1.5 光纤光栅传感器的应用  18-21
  1.6 发展方向和面临的问题  21-23
第二章长周期光纤光栅多参量传感  23-35
  2.1 长周期光纤光栅简介  23-24
  2.2 长周期光纤光栅温度传感  24-26
  2.3 长周期光纤光栅浓度传感  26-28
  2.4 长周期光纤光栅多参量传感  28-30
  2.5 全光纤型传感器的研究  30-34
  2.6 本章小结  34-35
第三章保偏光纤光栅多参量传感  35-53
  3.1 保偏光纤光栅简介  35-36
  3.2 保偏光纤光栅传感原理  36-42
  3.3 保偏光纤光栅传感实验  42-52
  3.4 本章小结  52-53
第四章啁啾光纤光栅多参量复合材料传感  53-61
  4.1 啁啾光纤光栅简介  53-55
  4.2 实验及结果  55-57
  4.3 全光纤型多参量传感系统  57-59
  4.4 本章小结  59-61
第五章论文总结  61-64
参考文献  64-70
攻读硕士学位期间研究成果  70-72
致谢  72

特种光纤光栅多参量传感及应用研究

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