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(cè)多種物理參量的光無(wú)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(jì)并建立的一種具有空間周期性折射率分布，感測(cè)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(guò)對(duì)光本征參數(shù)(波長(zhǎng)漂移)的解調(diào)分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)量的測(cè)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(duì)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(shí)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(wú)法正?？煽繉?shí)現(xiàn)測(cè)量傳感的場(chǎng)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(cè)技術(shù)近年來(lái)受到廣泛的關(guān)注，世界各國(guó)的研究者都在深入開(kāi)展此項(xiàng)技術(shù)的相關(guān)研究?，F(xiàn)階段光纖光柵傳感器可以檢測(cè)的物理量有：溫度、應(yīng)變、壓力、位移、壓強(qiáng)、扭角、扭矩(扭應(yīng)力)、加速度、電流、電壓、磁場(chǎng)、頻率、濃度、熱膨脹系數(shù)、振動(dòng)等，其中有相當(dāng)數(shù)量及品種的光纖光柵傳感系統(tǒng)已經(jīng)得到了實(shí)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(duì)其傳感原理、傳感器的結(jié)構(gòu)與封裝、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、解調(diào)技術(shù)以及拓展應(yīng)用、傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)的研究。主要內(nèi)容如下： 1.簡(jiǎn)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(jì)制作了光纖光柵渦街流量傳感測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)溫度和流量的復(fù)合測(cè)量，該系統(tǒng)的實(shí)際波長(zhǎng)分辨率為0.011nm，實(shí)測(cè)精度≤

4、0.5％F.S，詳細(xì)介紹了其測(cè)量原理、系統(tǒng)構(gòu)建以及測(cè)試標(biāo)定結(jié)果。 3.提出并設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)超大量程壓力的測(cè)量，測(cè)量范圍可達(dá)0-1000KN。本論文分析了該系統(tǒng)的檢測(cè)原理，介紹了傳感器的結(jié)構(gòu)及封裝技術(shù)，并設(shè)計(jì)制作了傳感器的標(biāo)定裝置。 4.提出并設(shè)計(jì)完成了金屬鎧裝結(jié)構(gòu)的FBG溫度傳感器和類(lèi)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(qiáng)度高、易于嵌入式測(cè)量。類(lèi)陶瓷FBG溫度傳感器具有絕緣性高、封裝靈活等優(yōu)點(diǎn)，適用于高頻、強(qiáng)磁、電場(chǎng)的惡劣工程現(xiàn)場(chǎng)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得溫度靈敏度系數(shù)為11.3pm/℃，測(cè)量溫度的分辨率可達(dá)0.1℃。 5.對(duì)光纖光柵傳感復(fù)用解調(diào)系統(tǒng)的信號(hào)掃描解調(diào)單元進(jìn)行了電路優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到了高穩(wěn)定性、高信噪比、動(dòng)態(tài)頻響寬的測(cè)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(hào)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