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《浙江大学》 2008年
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光纤光栅动态应力和折射率传感研究

陈哲敏  
【摘要】: 本论文的研究内容主要围绕于光纤光栅动态测量和折射率传感及其相关的应用。近年来,随着光纤光栅研究的快速发展,光纤光栅传感也从最开始的简单的温度应力传感向更高精度的传感和更大范围的传感应用这两个方向发展。本文从光纤光栅的基本理论出发,对光纤光栅在动态应力的高精度测量以及光纤光栅传感应用的扩展方面进行了详细的理论和实验研究。研究的主要内容如下: 提出了基于分层法的随机应力分布的重构算法。模拟并分析了不均匀应力对光纤光栅光谱的影响。从光纤光栅分层法出发,设计了时域截断和离散矩阵法的应力重构算法。这两种算法均准确地实现了随机应力分布的重构。 设计并实验验证了高精度的动态应力测量系统。以悬臂梁的自由振动为实验对象,分别以DWDM和温控光纤光栅为滤波器,测量悬臂梁的谐振谱,并将其与传统的振动测量方法进行了比较。结果表明该传感系统高精度地实现了振动的测量。 将光纤光栅应用于激光溶血栓的实验过程监视。理论分析了激光在溶血栓过程中的物理现象,提出了以光纤光栅测量冲击波方式来监视激光溶血栓过程的方法。通过实验室模拟超声波实验验证了传感系统的有效性。在动物模拟实验中测量并分析了光纤光栅在不同实验条件下的冲击波响应。分析结果表明该传感系统能够实现激光溶血栓的实验过程监视。 设计了相移光纤光栅并实现了温度不敏感的折射率测量。分别以环氧树脂法和三层溶液法制作了相移光纤光栅。从制作的相移光栅的特性出发,设计了两种折射率解调方案。以蔗糖折射率溶液为研究对象,两种解调方案均实现了与温度无关的折射率测量。 设计了基于光纤激光器的高精度折射率测量系统。分析了相移在光纤激光器中的作用,同时作为对有源激光导致的温度不稳定的补偿,讨论激光输出波长差与折射率的对应关系。设计了实验解调系统,理论论证该传感方式的高精度测量。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TN253

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