光纤光栅传感系统的研究与实现
该论文主要以布喇格光纤光栅为研究对象,对其传感技术、解调技术以及网络技术进行了理论和实验的研究.主要内容有:1.概括介绍了传感技术,特别是光纤传感和光纤光栅传感技术的发展及现状.介绍了光纤光栅的基本分析方法.分析了以光纤光栅传感作为基本传感器件的传感器的基本原理以及光纤光栅传感解调和复用技术的原理及应用.2.以光纤光栅作为传感器件,设计制作了纤栅式多参数、多功能、分布式传感网络系统(AFSN-Ⅰ型光纤光栅传感复用网络系统).详细说明了其设计原理、系统结构以及测试结果.该系统的实际波长分辨率为0.0011nm,对应应变测量分辨率约为...
该论文主要以布喇格光纤光栅为研究对象,对其传感技术、解调技术以及网络技术进行了理论和实验的研究.主要内容有:1.概括介绍了传感技术,特别是光纤传感和光纤光栅传感技术的发展及现状.介绍了光纤光栅的基本分析方法.分析了以光纤光栅传感作为基本传感器件的传感器的基本原理以及光纤光栅传感解调和复用技术的原理及应用.2.以光纤光栅作为传感器件,设计制作了纤栅式多参数、多功能、分布式传感网络系统(AFSN-Ⅰ型光纤光栅传感复用网络系统).详细说明了其设计原理、系统结构以及测试结果.该系统的实际波长分辨率为0.0011nm,对应应变测量分辨率约为δ<,ε>=1.0με,对应温度测量分辨率约为δ<,T>=0.03℃.3.提出并设计完成了基于啁啾光栅的高速传感复用网络系统,结合边沿滤波技术,实现了传感光纤光栅的高速波长解调.文中分析了系统原理.该系统基于全光纤设计,利用啁啾光栅作为选频器件,实现了传感光纤光栅的高速波分复用解调.该系统已申请国家专利.4.对高双折射光纤Sagnac环镜的理论进行了分析.利用此光纤环镜作为边沿滤波器件,研究了其在光纤光栅传感系统中的滤波特性,并在7nm的范围内实现了传感波长的线性解调.另外,以高双折射光纤Sagnac环镜作为传感元件,研究了高双折射光纤Sagnac环镜的全光纤强度型温度传感特性.在15℃的温度变化范围内,透射光强与待测温度的关系具有良好的线性度和重复性.实验测得环镜的温度灵敏度系数为0.92nm/℃.测量温度的分辨率可达0.03℃.5.利用光纤光栅(FBG)作基本传感元件,设计制作了光纤光栅水听器传感器,介绍了其原理及实验研究结果.利用匹配光纤光栅解调技术,实现了高灵敏度动态信号的测量.实验测得的FBG水听器频率测量范围为10Hz-3kHz,动态范围为60dB.基于FBG本身的特点,可以很容易地采用波分复用(WDM)、时分复用(TDM)的方法,实现多点网络化水声信号的测量.6.设计并制作了一种基于悬臂梁的光纤光栅加速度传感器,分析了其原理及实验结果.光纤光栅加速度传感器具有抗电磁干扰、体积小、质量轻、动态范围大、能在恶劣环境下工作等优良特性.实验结果表明,该传感器具有很高的测量精度.7.最后,给出了AFSN-Ⅰ型光纤光栅传感复用网络系统在实际工程中的应用实例.包括建筑用Q235标准钢梁的拉伸实验,以及在大型建筑物承重结构处温度及应变监测的光纤光栅网络系统.
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作者: 刘波
学科专业: 光学
授予学位: 博士
学位授予单位: 南开大学
导师姓名: 董孝义 开桂云
学位年度: 2004
语 种: chi
分类号: TP212.14 TN929.1
在线出版日期: 2010年12月21日