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《天津大学》 2007年
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光纤光栅位移传感系统关键技术的研究

李丽  
【摘要】： 光纤光栅作为一种新型光子器件,可制成各种传感器,在传感领域得到广泛的应用。它以其独特的抗电磁干扰、可靠性高、便于实现分布式传感等优势越来越被人们所重视。在军事和民用工程领域具有广泛的应用前景,近年来受到各国有关研究人员的普遍关注。 本课题得到教育部博士点专项科研基金项目(20030056017)的资助,主要是探讨光纤光栅传感,特别是位移传感应用中的关键技术问题。论文主要以光纤Bragg光栅(FBG)为研究对象,从光纤光栅的传感特性、位移调谐方法、交叉敏感及解调技术等方面进行了理论和实验研究。 论文依据耦合模理论推导了均匀周期光纤Bragg光栅的传输响应特性,对光纤光栅的反射谱进行了数值模拟,研究了光纤Bragg光栅的应变温度传感模型及应变温度交叉敏感的影响,并对消除交叉敏感现象做了详细分析。 设计了可消除环境温度影响的等腰三角状悬臂梁敏感结构,有效地将梁自由端位移f的变化转变为等强度梁的应变,实现了微位移的光学测量。基于悬臂梁的线性调谐特性,提出了采用光栅对结构实现光纤光栅位移传感的解调新方法并通过实验进行了验证,结果表明系统的灵敏度为1.2 mV /μm。 结合空分复用技术,对光纤光栅位移传感系统中的关键技术进行了分析研究。提出了采用波分复用器和非平衡M-Z干涉仪实现不同光栅Bragg波长变化查询的位移传感系统,设计了以PIC单片机为核心的控制和相位测量装置。通过调谐特性实验和位移传感实验,结果证明系统有效可行,系统传感灵敏度为4.6 rad /nm ,相位测量系统的分辨率为20nε,测量范围大于8mm。 利用光纤Bragg光栅对冲击机械动态应变信号的传感检测进行了应用研究。设计了基于相位载波零差法和非平衡M-Z干涉系统的光纤光栅动态应变信号检测系统,通过对标准正弦波形驱动测试实验和实际冲击信号检测实验的数据分析,结果证明检测系统具有良好的重复性,在10kHz的频率范围内,最小能检测的动态应变相对量为10~(-4),为光纤光栅水听器的研制进行了前期性探索。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TH822

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【引证文献】
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1 陈丽娟;贺明玲;王坤;;光纤光栅传感器交叉敏感问题解决方案[J];数字通信;2012年06期
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1 王正方;王静;隋青美;李术才;蒋善超;王宁;贾磊;曹玉强;杨帅;;高精度FBG位移传感器的研制及其在模型试验中的应用研究[A];第九届全国工程地质大会论文集[C];2012年
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1 沈小燕;光纤光栅应变传感及扩大应变传感范围的技术研究[D];天津大学;2010年
2 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
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1 白涛;光纤光栅位移传感系统开发及在海底隧道安全监测中的应用研究[D];山东大学;2011年
2 邹芳;分布式光纤Bragg光栅传感系统的研究[D];燕山大学;2011年
3 路阳;基于剥层算法的Fabry-Perot腔光纤光栅传感系统时分复用串扰抑制技术[D];国防科学技术大学;2011年
4 梁文彬;基于光纤光栅的船舶结构健康监测技术研究[D];天津大学;2012年
5 王翔;FBG扭振式黏度测量方法研究[D];天津大学;2012年
6 张立佳;光纤光栅位移传感器及其在边坡防护安全监测系统中的应用[D];武汉理工大学;2012年
7 常立丽;基于光纤传感的流量测量系统研究[D];山东大学;2012年
【参考文献】
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10 王目光,李唐军,卓锋,赵玉成,简水生;光纤光栅传感器应变和温度交叉敏感问题分析[J];光通信研究;2001年06期
【共引文献】
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4 张海涛,涂亚庆;智能结构系统用于洞库结构安全监测技术探讨[J];地下空间;2001年S1期
5 董孝义;高希才;;电光学及其应用[J];半导体光电;1991年02期
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 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
8 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
9 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
10 吴薇;陈婷;;一种消除交叉敏感影响的修正双波长矩阵算法[J];半导体光电;2010年02期
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1 金钟燮;崔海军;;基于M-Z干涉仪的正交信号处理法波长解调系统[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
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3 陈熙源;姜峰;;光纤光栅传感器在分布式系统中应用的软硬件实现[A];2004年船舶仪器仪表学术年会论文集[C];2004年
4 周国鹏;袁慎芳;;光纤布拉格光栅(FBG)传感器温度、应变分离技术的研究[A];江苏省计量测试学会2005年论文集[C];2005年
5 童杰;;光纤微弯位移传感器的研究和设计[A];江苏计量测试学术论文集（2009）[C];2009年
6 倪明;杨华勇;李智忠;胡永明;;光纤光栅水听器[A];中国声学学会2005年青年学术会议[CYCA'05]论文集[C];2005年
7 陈德胜;黄晓砥;林京;;干涉型光纤水听器的3×3耦合器解调[A];中国声学学会2007年青年学术会议论文集（下）[C];2007年
8 陈宇;;光纤水听器3×3数字化解调系统的采样率讨论[A];中国声学学会2007年青年学术会议论文集（下）[C];2007年
9 谢朝晖;毛水平;陈隆生;杨宗阳;;光纤陀螺组成及应用探索[A];第十九届测控、计量、仪器仪表学术年会(MCMI'2009)论文集[C];2009年
10 马晓;周学军;路鹤;;济南奥体中心体育馆FBG传感器应变监测温度效应分析[A];庆祝刘锡良教授八十华诞暨第八届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2008年
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1 翁继东;超快脉冲激光干涉技术及其在冲击动力学过程诊断中的应用[D];中国工程物理研究院;2010年
2 张琛;光纤陀螺光路偏振特性及温度性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 倪凯;光纤光栅制备及传感应用研究[D];浙江大学;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 沈小燕;光纤光栅应变传感及扩大应变传感范围的技术研究[D];天津大学;2010年
7 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
8 张景川;分布式光纤油气管道安全检测信号处理技术研究[D];天津大学;2010年
9 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
10 孟凡勇;基于OFDR技术的管道防破坏预警系统设计与信号分析处理方法研究[D];河北工业大学;2010年
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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 胡霁;基于匹配法的嵌入式光纤光栅温度传感系统[D];南昌航空大学;2010年
3 任泉;基于光纤传感的细纱小张力检测技术研究[D];浙江理工大学;2010年
4 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
5 贾林涛;折射率调制光纤气体传感系统设计与研究[D];郑州大学;2010年
6 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
7 陈常龙;一种新型浮标水动力特性研究及系留系统探讨[D];中国海洋大学;2010年
8 蒋松;GMM-FBG电流传感器及其应用技术[D];哈尔滨理工大学;2010年
9 张帆;基于ARM的FBG和光纤F-P传感器通用解调系统的研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
10 彭云;10kV高压开关柜在线测温技术研究[D];华南理工大学;2010年
【同被引文献】
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1 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
2 陈熙源;王曦峤;;光纤Bragg光栅传感器在智能船舶结构中的应用[J];船舶工程;2006年02期
3 钱颖,黄石峰,柏葆华,孙英志;光纤光栅封装技术[J];长春邮电学院学报;2000年02期
4 郭玉彬;光纤Bragg光栅滤波器全光纤波分复用通信系统[J];长春邮电学院学报;2001年01期
5 唐继;Mach-Zehnder光纤干涉仪相位检测方案研究[J];传感技术学报;2000年02期
6 童峥嵘,黄勇林,蒙红云,董新永,开桂云,董孝义;一种新颖的光纤光栅位移传感的研究[J];传感技术学报;2002年01期
7 江绍基,曾斌,汪河洲,蔡志岗,李宝军;白光干涉型EFPI光纤应变传感器理论模型的研究[J];传感技术学报;2005年01期
8 尉婷,乔学光,贾振安,傅海威,王宏亮;单光纤光栅实现位移、温度同时区分测量[J];传感技术学报;2005年02期
9 李丽,林玉池,朱永涛,赵美蓉,黄银国;干涉解调技术在光纤光栅传感系统中的应用[J];传感技术学报;2005年03期
10 陈哲敏;陈军;舒睿俊;;Bragg光纤光栅传感器内不均匀应力分布的模拟和重构[J];传感技术学报;2006年06期
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1 王荣霞;节段接缝剪切变形及其在桩—土—桥梁体系中的影响效应研究[D];天津大学;2009年
2 沈小燕;光纤光栅应变传感及扩大应变传感范围的技术研究[D];天津大学;2010年
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4 冯平;智能位移传感器系统的研究[D];浙江大学;2001年
5 罗建辉;弹性力学求解体系研究[D];湖南大学;2002年
6 袁颖;桥梁结构损伤识别方法的相关问题研究[D];大连理工大学;2006年
7 邵剑文;海底管道的健康监测系统与评估研究[D];浙江大学;2006年
8 杨亦飞;工程化光纤光栅传感系统的设计与应用研究[D];南开大学;2005年
9 宗金辉;深基坑开挖有限元模拟及现场实测研究[D];天津大学;2006年
10 梁强;基于波动性的气液两相流参数检测研究[D];浙江大学;2007年
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1 白涛;光纤光栅位移传感系统开发及在海底隧道安全监测中的应用研究[D];山东大学;2011年
2 李义;齿轮式动态流量计的理论研究[D];安徽理工大学;2011年
3 郭绍兵;基于电磁感应的液体粘度测量方法研究[D];天津大学;2010年
4 邹芳;分布式光纤Bragg光栅传感系统的研究[D];燕山大学;2011年
5 张毅;光纤传感位移测量技术的研究[D];四川大学;2002年
6 高灵芝;大型深潜潜艇耐压船体结构设计研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
7 徐素明;薄壁箱形梁极限强度计算方法研究[D];武汉理工大学;2004年
8 王静;光纤光栅传感研究[D];华侨大学;2004年
9 王耀军;光机电（磁）新原理位移传感器研究[D];浙江大学;2004年
10 胡勇勤;基于边缘滤波器的光纤光栅解调技术的研究[D];武汉理工大学;2005年
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1 薛双喜;马艳;王向辉;;多通道光纤布喇格光栅传感器同步解调系统[J];电子设计工程;2012年07期
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1 王正方;王静;隋青美;李术才;蒋善超;王宁;贾磊;曹玉强;杨帅;;高精度FBG位移传感器的研制及其在模型试验中的应用研究[A];第九届全国工程地质大会论文集[C];2012年
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1 丁邦宙;基于光纤布拉格光栅的触发式三维测头研究[D];合肥工业大学;2011年
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1 路阳;基于剥层算法的Fabry-Perot腔光纤光栅传感系统时分复用串扰抑制技术[D];国防科学技术大学;2011年
2 沈文杰;用于黏度检测的光纤布拉格光栅解调系统研究[D];天津大学;2012年
3 梁文彬;基于光纤光栅的船舶结构健康监测技术研究[D];天津大学;2012年
4 马磊明;光纤光栅传感的数据融合技术研究[D];天津理工大学;2012年
5 张立佳;光纤光栅位移传感器及其在边坡防护安全监测系统中的应用[D];武汉理工大学;2012年
6 郑祥亮;光纤光栅温度传感器抗应变串扰设计与实验研究[D];电子科技大学;2012年
【二级参考文献】
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5 牛小兵;林玉池;赵美蓉;洪昕;程冬梅;;光栅投影三维测量的原理及关键技术分析[A];中国仪器仪表学会第三届青年学术会议论文集（下）[C];2001年
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7 汪伟;黄芳玲;张松慧;;CPLD在相位测量中的应用[A];中国仪器仪表学会第五届青年学术会议论文集[C];2003年
8 何鹏;齐勇;;撞击条件下金属板位移—时间历程的一种瞬态测试技术研究[A];第六届全国爆炸力学实验技术学术会议论文集[C];2010年
9 侯振德;秦玉文;;分形相关法位移测量的研究[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年
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3 胡胜友记者 吴长锋;我学者率先实现高精度量子相位测量[N];科技日报;2008年
4 霍建;日本推出世界最小医疗器械触觉传感系统[N];医药经济报;2005年
5 记者 关媛媛;为身边物品装上“大脑”[N];重庆日报;2010年
6 本报记者 赵笛;中科院“对接”南车[N];青岛日报;2010年
7 成都 常青 供稿;2003年全国大学生电子设计竞赛试题[N];电子报;2003年
8 里土;机器兵成群出手改写地面战场[N];中国国防报;2007年
9 赛迪顾问通信产业研究中心 余周军;中国物联网产业及市场初探[N];中国计算机报;2010年
10 肖鹏军 郭春林 吴辉迁 于修霞 李福江;在线玻璃应力检测系统的设计与实现[N];中国建材报;2006年
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8 赵焕东;相位测量轮廓术的理论研究及应用[D];浙江大学;2001年
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10 吴艳阳;超声散斑相关法测量新技术研究[D];华中科技大学;2006年
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1 王为;光纤Bragg光栅在动态应变信号检测中的应用研究[D];天津大学;2006年
2 周琳;光纤Bragg光栅瞬态应变信号检测技术研究[D];南京理工大学;2009年
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6 何黄超;应用光纤光栅测试制导光纤放线应力[D];南京理工大学;2007年
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8 王旭;光纤Bragg光栅瞬态应变测试仪数据处理技术研究[D];南京理工大学;2009年
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