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光纤微弯传感器及反射式强度调制光纤传感器研究

李学金  
【摘要】:随着光纤通信技术的迅速发展和光纤材料的研究与应用,光纤传感技术也得以快速发展。光纤传感器与传统的各类传感器相比,具有灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、防暴、结构简单、体积小,重量轻和对被测对象的最低限度的侵入性等一系列独特的优点。本文就光纤弯曲损耗的光线理论、光纤微弯应变传感器、光纤微弯位移传感器、差动式光纤微弯传感器、反射式光纤位移传感器的线性处理和单光纤结构的光纤压力传感器进行了研究,主要内容和创新之处有: 1.论文提出了一种新的光纤弯曲损耗的光线理论。第一,给出了梯度光纤弯曲时折射率分布函数方程;第二,推导出了光纤正弦弯曲时光纤各点的曲率半径方程;第三,通过建立物理模型,利用折射率分布函数,用微分法数值求解了光纤中的光线轨迹。第四,根据光纤中的光线轨迹,分析和解释了光纤弯曲损耗的一些现象(主要相关章节为第二章:2.2.2.1~2.2.2.5节)。 2.设计了一种差动式光纤微弯式传感器(已申请发明专利,申请号为:200510035613.X)。在传感器中,两根光纤分别被置于两个变形器当中,测量时始终是一根光纤弯曲程度加剧,光功率损耗增加,另一根光纤的弯曲程度减弱,光功率损耗减小,构成差动式结构。该传感器不仅可以用于测量力、位移、应力、应变和加速度等参量的大小,还可以判断参量的方向。同时也可以用于非方向矢量如液位和温度的测量等(主要相关章节为第四章:4.3节)。 3.研究了单模光纤、多模光纤和变形齿结构参数对光纤微弯传感器位移特性的影响(主要相关章节为第三章:3.3~3.4节)。 4.设计了三种拱形结构的光纤微弯应变传感器,并对其特性进行了比较研究(主要相关章节为第四章:4.2节)。 5.利用OTDR技术和光纤微弯传感器分别构成并测试了分布式位移传感器系统和应变传感系统(主要相关章节为第五章:5.4~5.5节)。 6.研究了两种光纤位移传感器的线性补偿方法。一种线性补偿是利用随机型和半圆型光纤位移传感器的特性曲线中峰值位置不同,分别选用半圆型光纤位移传感器的前坡和随机型光纤位移传感器的后坡用于测量,通过电路对两路信号处里的方式实现。另外一种方法是对上述两种光纤位移传感器的信号进行除法运算来线性补偿(主要相关章节为第六章)。


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