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《大连理工大学》 2008年
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FBG的金属化封装及其传感应用技术研究

申人升  
【摘要】: 光纤光栅是沿光纤轴向在纤芯内形成周期性折射率调制分布的一种新型光纤无源器件。由于它具有插入损耗低、抗电磁干扰、可进行波长选择等优点,现已广泛应用于通信领域,常见的光纤通信元器件主要有掺铒光纤放大器(EDFA)、波分复用器(WDM)、上下路波分复用器(OADM)和色散补偿器等。此外,光纤光栅还以灵敏度高、质量轻、体积小、易于阵列和能波长编码等优点,成为传感器领域的新宠。利用光纤光栅传感器实现恶劣环境下对高温、高压等参数的测量是目前传感领域研究的热点。 本文介绍了光纤Bragg光栅(FBG)的发展,概述了FBG传感器中的温度测量、压力测量、温度—应变交叉敏感问题和解调技术的研究现状。最后简要介绍了FBG传感器在桥梁、航空航天、船舶和石油工业等领域的应用。 阐述了FBG的模式理论及其传感原理,介绍了几种主要的FBG制备技术。依据本实验室现有的条件,利用紫外写入技术和相位掩模法研究并制备了FBG。通过正交实验分析的方法得到了最佳工艺条件。所制备的FBG被成功应用在大厦模型振动实验中,性能优良,充分验证了所制备的FBG适用于传感测量。 为了解决FBG与传感机构的有效结合,并实现高温环境下的压力测量,本文采用化学镀镍与电镀锡相结合的技术,实现了FBG的金属化封装。通过实验分析了影响金属涂覆层质量的因素,得出了制作金属化封装光纤Bragg光栅(MFBG)的最佳工艺条件。利用本文所得到的MFBG制作了应变传感器,并将其成功地应用在实地桥梁的长期健康监测中,传感器性能稳定可靠,为桥梁的健康安全提供了有力保障。 根据项目中提出的具体测量要求,利用弹性应变筒原理,设计了一种用于高温高压测量的、投入式的、双层金属筒式结构的MFBG压力传感器。通过有限元分析软件ANSYS分析了其结构设计的合理性,并通过计算得出采用不锈钢1Cr18Ni9材料制备的应变筒所能承受的最大压力理论上可达63MPa。利用参考光栅法,将传感光栅和参考光栅呈垂直方向放置,有效地解决了交叉敏感问题。所制作的MFBG压力传感器实验测得的压力范围为0~42MPa,环境温度为20~230℃,达到了设计要求。 最后,提出了一种简易的、基于悬臂梁调谐的、匹配FBG传感器解调方案。分析并设计了整个解调系统,实现了高分辨率检测,降低了系统成本。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TN253

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【引证文献】
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1 周新远;王海斗;杨大祥;卢晓亮;;涂层寿命预测的智能传感研究进展[J];材料导报;2012年19期
2 饶春芳;张华;冯艳;李玉龙;;埋入式光纤智能金属结构研究进展[J];激光与光电子学进展;2010年10期
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【参考文献】
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9 史巍巍;胡婷婷;;光纤光栅探测超声波的研究现状浅析[A];2011年机械电子学学术会议论文集[C];2011年
10 迟兰洲;刘哲;胡文成;龚捷;曾娟;;液相还原法制备镍—磷超细微粒工艺及其性质的研究[A];第二届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1995年
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6 傅深渊;竹材液化、树脂化反应动力学及其生成物的性能[D];北京林业大学;2011年
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10 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
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1 曹晶晶;烧结NdFeB永磁材料化学镀Ni-Co-P合金防护层研究[D];河南理工大学;2010年
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3 高超;双包层光纤微弯传感器及光纤光栅传感网络设计研究[D];山东科技大学;2010年
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2 韩仕甸,金养智;紫外光固化水性聚酯型聚氨酯丙烯酸酯的合成及性能[J];北京化工大学学报(自然科学版);2001年04期
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【二级引证文献】
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3 卢庆儒;高速光纤传输应用中元件技术趋势(4)[N];电子资讯时报;2007年
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1 陈哲敏;光纤光栅动态应力和折射率传感研究[D];浙江大学;2008年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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4 何杏芳;光纤光栅在非均匀温度场中光谱特性的研究[D];燕山大学;2009年
5 李捷;长短双周期光纤光栅的研究[D];武汉理工大学;2005年
6 相艳荣;光纤光栅的理论和制作工艺的研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
7 赵阳;80μm直径光纤光栅的制作及其特性研究[D];武汉理工大学;2006年
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9 张居梅;基于网络子结构互联理论的光纤光栅特性分析方法[D];中国人民解放军信息工程大学;2003年
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