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光纤光栅微应变传感系统的设计

蔡亚楠  
【摘要】:本文以光纤光栅F-P干涉仪作为探头设计了应变测量系统,并进行了理论和实验研究。在对国内外研究现状进行了深入分析的基础上,归纳了当前光纤光栅传感器的发展趋势,并针对光纤光栅微应变传感系统的实际需要,从光纤光栅传感探头设计、光纤光栅应变传感调谐结构的设计及其重复性、数字信号处理三个方面展开研究。 论文从耦合模理论入手,分析了光纤布拉格光栅的传感机理,建立光纤光栅应变传感模型;分析比较了常见几种复用技术和信号解调技术的优缺点,提出应用光谱分析仪对信号进行解调,采用由电磁铁控制等厚三角悬臂梁的方式为传感探头提供力,从而产生应变,通过理论分析和实验研究证实了系统方案的可行性。 文章详细地推导了光纤光栅F-P干涉仪的理论传感模型,并论证了其在测量微应变方面独特的优势,特别对FBG传感头的各项性能指标进行了具体分析。在调谐力的产生方面,具体分析比较了现有的几种常用方法,最后设计了一种电磁控制调谐的传感机构,并给出调谐结构的数学模型,通过仿真实验证实能够提供给光纤光栅F-P干涉仪探头很好的调谐力,重复使用性较强。 进行了光纤布拉格光栅微应变特性实验研究,采用先进的小波滤波的方式对传感信号进行消噪,得到很好的实验结果。


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