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《南开大学》 2005年
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工程化光纤光栅传感系统的设计与应用研究

杨亦飞  
【摘要】: 光纤光栅(fiber grating)作为一种新型的光无源器件,因其具有诸多独特的光学性质,使其在光通信和光传感领域有着非常广泛的应用前景。其中,光纤光栅在传感应用领域以其灵敏度高、动态范围大、长期可靠性好、抗外界干扰能力强、体积小、便于组成传感网络等特点,受到各国研究者的极大关注。尤其是近年来,有关光纤光栅的研究工作取得了很大突破。经过十几年的发展,目前应变、应力、压力、温度、位移、加速度等光纤光栅传感器已开始应用于桥梁、大坝、混凝土结构和钢结构建筑的施工检测,并在其运营的长期健康监测中得到了实际应用。此外,光纤光栅传感器在石化和电力的温度监测中也得到了实际应用。随着光纤光栅传感技术的不断发展与完善,光纤光栅传感器及其传感网络系统会获得更广泛的应用。 本论文的主要研究内容来源于国家科技部863计划课题资助项目、天津市重点科技攻关项目以及上海市科技项目,以解决布拉格光纤光栅传感技术在实际工程应用中的关键问题为研究重点,通过对光纤光栅传感理论和应用技术的研究,结合工程应用的具体要求对传感用布拉格光纤光栅的制作方法、工程化传感器研制、信号解调技术的开发进行了理论、实验和应用研究,取得了创新性研究成果。全文共分六章,主要内容包括: 第1章:比较系统地总结了光纤光栅技术原理、分类、应用以及发展状况和趋势,以布拉格光纤光栅为敏感基元,对其传感原理和传感理论的最新发展进行了分析和阐述。 第2章:系统阐述了光纤光栅三种理论分析方法:耦合模理论、传输矩阵法和傅氏变换法,对三种分析方法的内容和特点进行了较为全面的总结。对均匀光纤光栅、长周期光纤光栅、啁啾光纤光栅、Tapered光纤光栅、Morié光纤光栅、Blazed光纤光栅、相移光栅、超结构光栅等几种典型的光纤光栅的折射率分布特点、反射谱特性进行了模拟和分析。 第3章:结合光纤光栅制作基本方法,系统研究了达到产品化性能要求的布拉格光栅制作的关键技术:如光纤的预处理技术、波长控制技术、切趾技术等。采用关键技术,传感用光纤光栅波长的最大拉伸量达到10nm;自行开发出一种新颖的调谐机构,使光纤光栅波长调谐范围达到40 nm,该成果处于国际领先水平;使用自行开发的切
【学位授予单位】:南开大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TP212.14

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