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《南开大学》 2004年
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光纤光栅传感系统的研究与实现

刘波  
【摘要】: 光纤光栅(fiber grating)是一种新型的光无源器件。它是利用光纤材料的光敏特性在光纤的纤芯上建立的一种空间周期性折射率分布,其作用在于改变或控制光在该区域的传播行为方式。除具有普通光纤的特性之外,它还具有一些独特的性质。光纤光栅的出现,使许多复杂的全光纤通信网络和传感网络成为可能,极大地拓宽了光纤技术的应用范围,并由此产生了许多重要的应用。作为光子研究领域的一种新兴技术,以光纤光栅为基本传感器件的传感技术近年来受到普遍关注,各国研究者积极开展有关研究工作。目前,已报道的光纤光栅传感器可以检测的物理量有:温度、应变、压力、位移、压强、扭角、扭矩(扭应力)、加速度、电流、电压、磁场、频率、浓度、热膨胀系数、振动等,其中一部分光纤光栅传感系统已经实际应用。目前,以布喇格光纤光栅(FBG: fiber Bragg grating)为传感器件的传感器已成为研发主流。本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δε=1.0με,对应温度测量分辨率约为δT=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
【学位授予单位】:南开大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TP212.14

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【引证文献】
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2 张晓春;;光纤光栅传感系统维护及原理研究[J];中国新技术新产品;2012年10期
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1 李国玉;成像光谱法光纤光栅传感解调技术的研究[D];南开大学;2007年
2 徐志刚;港口大型机械金属结构应力在线监测与诊断系统研究[D];武汉理工大学;2008年
3 罗建花;光纤光栅有源传感技术的研究[D];南开大学;2008年
4 樊红朝;基于光纤光栅的动态面形检测和可视化关键技术研究[D];上海大学;2008年
5 滕峰成;光纤光栅解调系统和数据处理方法的理论与实验研究[D];燕山大学;2007年
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7 吴薇;大容量光纤光栅传感解调系统的研究与应用[D];武汉理工大学;2009年
8 陈朋超;长输管道安全预警系统若干关键技术研究[D];天津大学;2010年
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1 周锐;光纤地震波信号解调技术研究[D];西北大学;2011年
2 张敬花;新型光纤Bragg光栅低频加速度传感器的设计和实验研究[D];西北大学;2011年
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4 廖玉华;港口起重机金属结构远程在线监测数据无线传输研究[D];武汉理工大学;2011年
5 李艳磊;鼓风机动态应力监测[D];长安大学;2011年
6 张祎勍;基于码分多址技术的光纤光栅传感系统[D];燕山大学;2011年
7 韩勇;光电检测电路的噪声分析与处理[D];哈尔滨工程大学;2011年
8 周秀丽;窄线宽掺铒光纤激光器及其传感特性研究[D];山东科技大学;2011年
9 夏娟;基于ZnO薄膜吸收光谱温变特性的反射式光纤温度传感器[D];浙江工业大学;2011年
10 肖怀贵;基于光纤光栅传感技术的储油罐火灾报警系统的研究[D];浙江理工大学;2011年
【参考文献】
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10 秦子雄,曾庆科,项阳,冯德军,袁树忠,开桂云,刘志国,董孝义;大调谐范围的等强度梁光纤光栅波长调节器[J];光学学报;2001年12期
【共引文献】
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6 张伟刚,赵启大,开桂云,刘志国,董孝义;基于弹性梁的光纤光栅波长调谐原理及技术[J];半导体光电;2001年05期
7 刘洋;赵崇光;王蓟;张亮;王立军;;刻制单模和折射率渐变少模光纤光栅的研究[J];半导体光电;2006年01期
8 吴薇;戴亚文;;光纤布喇格光栅传感器的波长移位检测方法[J];半导体光电;2006年04期
9 于效宇;赵洪;刘艳;岳振;;一种基于F-P干涉仪的FBG解调系统信号重建算法[J];半导体光电;2009年01期
10 林妹妹;王葵如;张锦龙;张琦;;基于保偏光纤环镜的光纤光栅传感解调[J];半导体光电;2009年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 朱奎义;;车载式钢轨断面动态测量装置[A];发展重载运输技术适应经济社会建设——铁路重载运输货车暨工务学术研讨会论文集(工务部分)[C];2011年
2 黄家蓉;王幸;;动态压阻传感器的设计与应用[A];第三届全国爆炸力学实验技术交流会论文集[C];2004年
3 刘惠兰;林恒;李莉;张春熹;;光学加速度计的技术研究与发展[A];2004全国光学与光电子学学术研讨会、2005全国光学与光电子学学术研讨会、广西光学学会成立20周年年会论文集[C];2005年
4 刘金城;;耐高温压力传感器的选择与应用[A];四川省电子学会传感技术第九届学术年会论文集[C];2005年
5 湛华海;王罗;李纯;;轴向水推力传感器研制[A];四川省电子学会传感技术第九届学术年会论文集[C];2005年
6 王自亮;郭胜均;;基于APD的粉尘光散射检测系统的研究[A];第十七届全国测控计量仪器仪表学术年会(MCMI'2007)论文集(下册)[C];2007年
7 赵立强;;利用分光仪装置测定液体的折射率[A];第六届全国高等学校物理实验教学研讨会论文集(下册)[C];2010年
8 赵兵;张志利;仲启媛;李洪才;;光纤光栅传感技术在武器装备检测中的应用[A];2008中国仪器仪表与测控技术进展大会论文集(Ⅰ)[C];2008年
9 曹慧丹;沈昱明;赖际舟;;微硅加速度计标定及试验研究[A];第六届全国信息获取与处理学术会议论文集(2)[C];2008年
10 葛云生;;干涉型光纤传感器的正交解调算法分析[A];第三届全国虚拟仪器大会论文集[C];2008年
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1 汪扬春;光纤折射率传感和信号解调技术研究[D];浙江大学;2010年
2 倪凯;光纤光栅制备及传感应用研究[D];浙江大学;2011年
3 朱珊莹;强度调制型光纤传感器建模分析与设计实现[D];华中科技大学;2011年
4 刘盛春;基于拍频解调技术的光纤激光传感技术研究[D];南京大学;2011年
5 芦吉云;光纤光栅在智能结构动态监测中的应用研究[D];南京航空航天大学;2009年
6 张扬;双偏振DBR光纤激光器及其在传感、通信领域的应用研究[D];大连理工大学;2011年
7 孟玲;铝电解槽热场仿真与槽壳温度在线检测系统研究[D];山东大学;2011年
8 李海亮;地震计传递函数精确测定研究[D];中国地震局地球物理研究所;2000年
9 史志存;电子鼻及其应用研究[D];中国科学院电子学研究所;2000年
10 王莉田;光纤传输光推动油罐多参数测量系统理论与实验研究[D];燕山大学;2000年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘奇;基于混合粒子群算法的ZnO镀膜光纤传感器的参数优化[D];南昌航空大学;2010年
2 张传晖;煤矿架空乘人装置的系统研究[D];山东科技大学;2010年
3 赵杰;基于无线传输的主井绞车温度监测系统设计[D];山东科技大学;2010年
4 狄东晗;矿井风机监控保护系统研究[D];山东科技大学;2010年
5 王坤;液体粘性传动研究及应用[D];山东科技大学;2010年
6 郭颖;掺Yb~(3+)双包层光纤激光器理论和实验研究[D];郑州大学;2010年
7 罗小军;基于VFC的电子式电流互感器的设计[D];山东农业大学;2010年
8 李宝祥;船舶主机控制及损管监控系统的研究与设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 陶新洲;基于三迭片式加速度计的二维矢量水听器研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 高明全;水声换能器压力补偿与拖体设计方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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5 陈长勇,乔学光,贾振安,付海威,郭团,孙安;光纤光栅传感应用中的波长编码信号解调技术[J];半导体光电;2003年02期
6 杨春平,吴健,洪亮,冯彦彦;双CCD系统在三维面形测量中的应用[J];半导体光电;2004年03期
7 宋敏,郐新凯,郑亚茹;CCD与CMOS图像传感器探测性能比较[J];半导体光电;2005年01期
8 陈爽;冯莹;魏立安;;一种低成本简化结构的超宽带光纤光源[J];半导体光电;2006年04期
9 吴薇;戴亚文;;光纤布喇格光栅传感器的波长移位检测方法[J];半导体光电;2006年04期
10 王旭;王旭华;孙燕斌;李秋俊;;OCDMA系统和相关器件研究进展[J];半导体光电;2007年04期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 芦吉云;光纤光栅在智能结构动态监测中的应用研究[D];南京航空航天大学;2009年
2 杨晓松;三维有限元数据场可视化技术研究与实现[D];大连理工大学;2000年
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7 何勇军;大坝安全监控的人工智能技术研究[D];河海大学;2002年
8 宋占峰;道路线路实时动态三维可视化设计理论和方法的研究[D];中南大学;2003年
9 张登峰;动态系统的故障检测与诊断研究[D];南京理工大学;2003年
10 冯志鹏;计算智能在机械设备故障诊断中的应用研究[D];大连理工大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周锐;光纤地震波信号解调技术研究[D];西北大学;2011年
2 李堃;动态结构健康监测系统研究[D];南京航空航天大学;2010年
3 柳春郁;环形腔掺铒光纤激光器[D];黑龙江大学;2001年
4 张党胜;三维地形可视化系统研究与实现[D];河海大学;2001年
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6 孙志培;可调谐掺铒光纤环形腔的实验研究[D];安徽大学;2002年
7 田大伟;光纤光栅传感系统及对温度传感的研究[D];北京工业大学;2003年
8 哀微;基于匹配光栅线性调谐的光纤光栅多路解调方法研究[D];武汉理工大学;2003年
9 许寒;人体三维重建关键技术研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
10 赵文辉;多光纤传感器数据采集与数据融合方法研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
【二级引证文献】
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1 张笑;柳阳;申人升;张玉书;杜国同;;倾斜光纤光栅传感器研究进展[J];半导体光电;2010年02期
2 路杰;赵雪峰;;大尺度BOTDR光纤应变灵敏特性研究[J];防灾减灾工程学报;2010年S1期
3 孙桂玲;张潺潺;纪永鑫;刘波;;正交偏振双频激光拍频检测的研究[J];光电子技术;2010年04期
4 陈霄;苗飞;隋青美;王静;姜明顺;宋洪军;;基于衍射解调技术的半导体温度传感系统研究[J];光电子.激光;2011年03期
5 崔留住;江毅;刘有海;;具有温度补偿的光纤位移传感器[J];光子学报;2011年11期
6 庞丹丹;隋青美;姜明顺;;基于衍射解调的新型光纤光栅高温传感网络[J];中国激光;2011年11期
7 史巍巍;孟丽君;谭跃刚;;光波长边沿解调系统的设置问题[J];机械工程与自动化;2012年06期
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9 王小东;徐沪萍;;基于DSP的LEBUS卷筒金属结构应力在线监测系统研究[J];信息系统工程;2011年01期
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中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 王为;光纤光栅在船舶结构健康监测中的关键技术研究[D];天津大学;2010年
2 朱正伟;边坡监测的复合光纤装置法研究及其应用[D];重庆大学;2011年
3 封皓;基于双Mach-Zehnder干涉仪结构的光纤管道安全预警系统建模及定位研究[D];天津大学;2011年
4 孟玲;铝电解槽热场仿真与槽壳温度在线检测系统研究[D];山东大学;2011年
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6 陈霄;基于光纤传感技术的油浸式电力变压器状态多参量在线检测研究[D];山东大学;2012年
7 崔磊;深水半潜式平台疲劳分析及关键节点的疲劳试验研究[D];浙江大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张坤;基于单片机的仓库防火预警系统研究[D];河北农业大学;2011年
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6 张笑;倾斜光纤光栅的制备及传感特性研究[D];大连理工大学;2011年
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8 余润;光纤光栅传感系统中基于FPGA的数据采集与解调控制方法研究[D];北京邮电大学;2011年
9 刘娟;起重机健康监测系统的设计及开发[D];中北大学;2011年
10 王志国;光纤Bragg光栅应变检测技术研究[D];南京理工大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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6 蒋英,庞翠珠,陈根祥,简水生;光纤光栅布喇格波长随温度和应力的变化特性及其补偿[J];光通信技术;1999年03期
7 郭威,刘凯,黄永清,陈雪,任晓敏;光纤光栅布喇格波长调谐特性的研究[J];光通信技术;1999年03期
8 杨建良,黄德修;表面贴装光纤布喇格光栅应变传感器[J];光通信技术;1996年02期
9 曹家年,张立昆,李绪友,周华,穆海冰;干涉型光纤水听器相位载波调制及解调方案研究[J];光学学报;1999年11期
10 韦占雄,秦莉,韦欣,王庆亚,郑伟,张玉书;用布拉格光纤光栅制作啁啾光纤光栅[J];光学学报;1999年11期
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1 李星蓉;李永倩;;测量海水温度分布的光纤光栅传感系统研究[J];华北电力大学学报(自然科学版);2011年02期
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3 余贶琭;吴重庆;郭旋;王智;石梅荣;武文彬;;基于波分复用的多点光纤乙炔传感系统[J];光学学报;2011年05期
4 杨双林;;近年日本传感技术的进展[J];自动化与仪表;1986年02期
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6 方文明;王琪;王幸国;胡硕臻;刘好斌;陈羿谨;;光纤光栅型传感器研究热点与方案设计[J];传感器世界;2009年01期
7 熊浩宇;多路复用技术在水声探测系统中的应用[J];传感器世界;2004年08期
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5 黄庆飞;罗成;王斌;林铁;;基于GIS的国土资源电子政务系统设计与实现[A];广东省测绘学会第九次会员代表大会暨学术交流会论文集[C];2010年
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1 方文明;光纤光栅传感技术的理论分析与实验探讨[D];江西师范大学;2007年
2 陈冬梅;光纤光栅分布式传感系统及其在煤矿安全监测中的应用[D];山东大学;2006年
3 颜琳;光纤光栅传感技术的研究[D];沈阳工业大学;2008年
4 赵晓华;分布式光纤光栅传感系统的研究[D];西安理工大学;2008年
5 张祎勍;基于码分多址技术的光纤光栅传感系统[D];燕山大学;2011年
6 胡春池;基于光纤光栅传感技术模压腔内分布式压力测量系统研究[D];武汉理工大学;2007年
7 何顺帆;啁啾光栅门式起重机索力检测系统的研究[D];武汉理工大学;2010年
8 张秋月;基于强度型波/时分复用光纤光栅传感网络研究[D];燕山大学;2011年
9 杨帆;一种大容量光纤光栅传感系统的研究[D];北京交通大学;2010年
10 赵敏;计算机安全监控系统设计与实现[D];西安电子科技大学;2010年
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