光纖光柵傳感器拓展應(yīng)用研究.pdf

1、光纖光柵傳感器(fibergratingsensor)是一種能感測多種物理參量的光無源器件。利用光學(xué)材料的光敏特性在光纖的纖芯上設(shè)計并建立的一種具有空間周期性折射率分布，感測物理參量的變化，從而改變或控制光在該特定區(qū)域的傳播方式。通過對光本征參數(shù)(波長漂移)的解調(diào)分析，實現(xiàn)對被測量的測量及傳感。光纖光柵傳感器除具有普通光纖的特性之外，它還具有其它優(yōu)異的可拓展應(yīng)用的性質(zhì)。對光纖光柵傳感器的深入研究，將使許多復(fù)雜的神經(jīng)傳感網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)成為可能

2、，為工程化應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)，并使其在許多常規(guī)傳感器無法正?？煽繉崿F(xiàn)測量傳感的場合得到廣泛應(yīng)用。作為光電子研究領(lǐng)域的一種新興技術(shù)，以光纖光柵為基本傳感器的檢測技術(shù)近年來受到廣泛的關(guān)注，世界各國的研究者都在深入開展此項技術(shù)的相關(guān)研究?，F(xiàn)階段光纖光柵傳感器可以檢測的物理量有：溫度、應(yīng)變、壓力、位移、壓強、扭角、扭矩(扭應(yīng)力)、加速度、電流、電壓、磁場、頻率、濃度、熱膨脹系數(shù)、振動等，其中有相當數(shù)量及品種的光纖光柵傳感系統(tǒng)已經(jīng)得到了實際工程應(yīng)用

3、。 本論文主要以布喇格光纖光柵傳感器為研究主體，對其傳感原理、傳感器的結(jié)構(gòu)與封裝、標準化設(shè)計、解調(diào)技術(shù)以及拓展應(yīng)用、傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行了理論和實驗的研究。主要內(nèi)容如下： 1.簡要介紹了光纖傳感原理和光纖光柵傳感技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀。概括總結(jié)了光纖光柵傳感解調(diào)技術(shù)和復(fù)用技術(shù)的原理及應(yīng)用。 2.提出并設(shè)計制作了光纖光柵渦街流量傳感測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實現(xiàn)溫度和流量的復(fù)合測量，該系統(tǒng)的實際波長分辨率為0.011nm，實測精度≤

4、0.5％F.S，詳細介紹了其測量原理、系統(tǒng)構(gòu)建以及測試標定結(jié)果。 3.提出并設(shè)計完成了輪輻式光纖光柵壓力傳感器。該傳感器可在惡劣的環(huán)境中使用，并能實現(xiàn)超大量程壓力的測量，測量范圍可達0-1000KN。本論文分析了該系統(tǒng)的檢測原理，介紹了傳感器的結(jié)構(gòu)及封裝技術(shù)，并設(shè)計制作了傳感器的標定裝置。 4.提出并設(shè)計完成了金屬鎧裝結(jié)構(gòu)的FBG溫度傳感器和類陶瓷封裝結(jié)構(gòu)的FBG溫度傳感器。金屬鎧裝結(jié)構(gòu)的FBG溫度傳感器具有溫度靈敏度高

5、、響應(yīng)快、結(jié)構(gòu)強度高、易于嵌入式測量。類陶瓷FBG溫度傳感器具有絕緣性高、封裝靈活等優(yōu)點，適用于高頻、強磁、電場的惡劣工程現(xiàn)場。實驗測得溫度靈敏度系數(shù)為11.3pm/℃，測量溫度的分辨率可達0.1℃。 5.對光纖光柵傳感復(fù)用解調(diào)系統(tǒng)的信號掃描解調(diào)單元進行了電路優(yōu)化設(shè)計，得到了高穩(wěn)定性、高信噪比、動態(tài)頻響寬的測量解調(diào)單元，從而為各種光纖光柵傳感器的拓展應(yīng)用提供了高性能的信號處理技術(shù)基礎(chǔ)。 6.介紹了電氣設(shè)備光纖光柵溫度安全