收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

光纤光栅制备及传感应用研究

倪凯  
【摘要】:光纤光栅传感技术是传感领域近年来兴起的一个新的发展方向。光纤光栅传感器具有灵敏度高、结构小巧、不受电磁干扰、易于构成光纤传感网络等优点,广泛应用于土木工程、石油电力、航天航空、地震监测、海洋探测、医学检测及生物化学等众多领域。本论文对光纤Bragg光栅的基础理论、传感机理、实验制备及传感应用等进行了系统和深入的研究,分析了传统的光栅制作技术,并对我们所使用的光纤光栅制作系统进行了阐述,并对光纤Bragg光栅在倾斜传感器、压力传感器中的应用,啁啾光纤光栅在加速度传感器中的应用做了详细的分析研究,同时探讨了光纤光栅在应力与温度检测中的交叉敏感问题。 结合本实验室的技术和设备条件,用倍频氩离子激光器结合相位掩模法制备了系列光纤Bragg光栅,用CO2激光器结合逐点写入法制备了长周期光纤光栅。利用传输矩阵法和耦合模原理,对长周期光纤光栅和光纤Bragg光栅的传感特性进行了研究。并利用实验室制备的光纤Bragg光栅进行了应力(包括轴向应力和横向应力)、温度等传感实验研究。 提出了两种新的单光纤光栅解决交叉敏感问题的设计,利用一根光纤光栅实现了应变和温度的同时测量且制备方法简单。方法一是将环氧树脂胶水涂抹于光纤光栅的一半的部分,并套上金属套管。此时两部分光纤光栅由于具有不同的等效杨氏模量和热膨胀系数,对温度和应变的响应不同,通过监测两部分Bragg波长的变化可实现应变和温度同时测量。方法二是使用氢氟酸对FBG的一半进行化学腐蚀,使其变细,则FBG的两部分具有不同的应力灵敏度,而他们的温度灵敏度仍保持相同。因此,监测两部分光栅Bragg波长的变化可实现应变和温度同时测量。 研究了一种新型的基于悬挂结构的光纤Bragg光栅倾斜传感器,由一个通过四根等长的刻有光栅的光纤悬挂一重物组成,光纤与悬挂光纤的圆盘的粘接点均匀分布在圆盘边缘,因此,每一对具有对称位置的光纤光栅可以感知它们所属平面的倾斜,可用来测量平面内两维方向的倾斜角度,且无需附加的温度补偿装置即可消除环境温度的影响。 研究了一种新型的基于啁啾光纤布拉格光栅(CFBG)的加速度计。该加速度计是将单根FBG斜向粘贴在一根直角三角形悬臂梁的侧面上、并在悬臂梁的自由端固定重物构成的。垂直的加速度施加于悬臂梁,沿着悬臂梁的长度引起弯曲,产生的梯度应变场将FBG啁啾化,其反射带宽线性响应于所施加的加速度。由于温度仅改变FBG的布拉格波长,而对其反射带宽几乎没有影响,所以该加速度计对温度变化不敏感。 提出了一种强度解调的基于拉锥光纤的FBG加速度传感器,并进行了实验验证。将一个单模光纤拉锥后连接一个FBG,由于光纤锥区的损耗对弯曲非常敏感,当加速度导致光纤弯曲时,FBG反射的光功率将随着加速度的增大而减小。因此,测量FBG反射的光功率即可获得加速度的变化信息。实验结果证实,反射光功率值与加速度值是成线性比例关系的。我们实现了动态的振动测量。这种光功率检测方法减少了传感系统的成本和复杂性。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 裴丽,宁提纲,谢增华,简水生;光纤光栅制作方法[J];光纤与电缆及其应用技术;2000年05期
2 董新永,赵春柳,宁鼎,刘志国,开桂云,董孝义;用光纤光栅的啁啾效应实现温度不敏感的弯曲传感[J];光子学报;2001年04期
3 张伟刚,周广,梁龙彬,开桂云,赵启大,董孝义;混合聚合物光纤光栅封装元件的温敏实验[J];光子学报;2001年08期
4 田小龙,李承芳,曹勇;光纤光栅特性的研究[J];武汉大学学报(理学版);2001年03期
5 裴丽,谢增华,宁提纲,李唐军,简水生;长、短周期光纤光栅退火实验研究[J];光学技术;2001年04期
6 戎小戈;光纤光栅的发展现状[J];广西物理;2001年04期
7 洪从胜,徐新华,吕昌贵,徐春祥,崔一平;切趾光纤光栅技术及其研究进展[J];光电子技术与信息;2002年03期
8 赵岭,李琳,陈高庭,方祖捷;光纤光栅调谐技术的进展及应用[J];激光与光电子学进展;2002年10期
9 赵岭,蔡燕民,蔡海文,李琳,夏江珍,方祖捷;磁场特性对光纤光栅波长磁调谐的影响[J];光电子·激光;2002年02期
10 夏光琼,吴正茂,陈建国;光纤光栅的长度对其峰值反射率的影响[J];激光技术;2002年02期
11 游澜,余重秀,陈思勤,李云;取样光纤光栅及其应用研究[J];中央民族大学学报(自然科学版);2004年04期
12 王丽丽,任建华,赵同刚,徐大雄,饶岚,吴炜,郭永新;光纤光栅外腔半导体激光器的理论及实验研究[J];激光技术;2005年04期
13 文庆珍,苑秉成,黄俊斌;封装聚合物对光纤光栅压力传感增敏的影响[J];武汉大学学报(理学版);2005年05期
14 韩泽华,瞿荣辉,耿健新,方祖捷;一种新型光纤光栅无啁啾调谐方法[J];中国激光;2005年10期
15 岳丛建;;重要的无源器件光纤光栅[J];现代物理知识;2005年06期
16 游澜,余重秀;取样光纤光栅的光谱特性分析[J];中央民族大学学报(自然科学版);2005年01期
17 周智;李冀龙;欧进萍;;埋入式光纤光栅界面应变传递机理与误差修正[J];哈尔滨工业大学学报;2006年01期
18 张东生;姜莉;开桂云;董孝义;;取样光纤光栅的理论分析及其写入技术[J];南开大学学报(自然科学版);2006年01期
19 罗映祥;;光纤光栅温敏特性研究[J];光电技术应用;2006年02期
20 阳莎;耿健新;叶青;蔡海文;瞿荣辉;方祖捷;;光纤光栅在金属锈蚀传感中的应用[J];中国激光;2006年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈熙源;;光纤光栅在测量技术的应用[A];加入WTO和中国科技与可持续发展——挑战与机遇、责任和对策(下册)[C];2002年
2 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
3 黄锐;蔡海文;方祖捷;陈高庭;;调节光纤光栅参数的一种新方法[A];全国第十次光纤通信暨第十一届集成光学学术会议(OFCIO’2001)论文集[C];2001年
4 周文;陈抗生;章献民;叶险峰;;光纤光栅的研究与发展[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展(下册)[C];1999年
5 章献民;陈抗生;;光纤光栅在微波毫米波光子学中的应用[A];2001年全国微波毫米波会议论文集[C];2001年
6 文庆珍;黄俊斌;赵培仲;;封装聚合物对光纤光栅压力传感增敏的影响[A];2004年全国高分子材料科学与工程研讨会论文集[C];2004年
7 刘全;吴建宏;陈刚;方玲玲;;用于制作光纤光栅相位掩模的衍射特性分析[A];全国第十二次光纤通信暨第十三届集成光学学术会议论文集[C];2005年
8 郑伟;卓仲畅;苏雪梅;于永森;张玉书;;利用取样光纤光栅实现应变和温度同时测量[A];全国第十二次光纤通信暨第十三届集成光学学术会议论文集[C];2005年
9 孙伟民;赵磊;姜富强;相艳荣;刘志海;;荧光光纤光栅的制作与测试研究[A];江苏、山东、河南、江西、黑龙江五省光学(激光)联合学术'05年会论文集[C];2005年
10 姜富强;赵磊;孙伟民;朱玉华;李金娟;;载氢光纤光栅退火特性研究[A];江苏、山东、河南、江西、黑龙江五省光学(激光)联合学术'05年会论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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
2 孙伟民;基于荧光光纤光栅的应变与温度同时测试技术[D];哈尔滨工程大学;2005年
3 王国东;啁啾光纤光栅的优化设计与光纤光栅模拟软件的开发[D];吉林大学;2006年
4 姜莉;光纤光栅写入及其应用研究[D];南开大学;2005年
5 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
6 倪娟;光纤光栅在微波光子学中的应用[D];浙江大学;2011年
7 张桂花;表面黏贴式光纤光栅传感原理及其实验研究[D];西安科技大学;2013年
8 周金龙;新型光纤光栅技术及其在光通信与光纤传感方面应用的研究[D];厦门大学;2008年
9 鲁韶华;特殊结构光纤光栅的研究和应用[D];北京交通大学;2009年
10 吕丁成;单轴晶体材料构成的光纤光栅特性研究[D];兰州大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 冯显桂;级联光纤光栅的特性及应用研究[D];西南交通大学;2009年
2 艾菲;光纤光栅孤子缓存特性的研究[D];北京邮电大学;2009年
3 朱晓军;基于采样光纤光栅的多通道光学滤波器[D];苏州大学;2009年
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
8 杨红艳;光纤光栅横向受力和扭转特性的研究[D];燕山大学;2006年
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
10 俞钢;新型剪刀式光纤光栅封装和低温传感装置的研究[D];浙江大学;2004年
中国重要报纸全文数据库 前3条
1 杨凤鸣;神奇的光纤光栅[N];中国电力报;2004年
2 特约记者 金红;三项地灾监测仪获国家专利[N];中国国土资源报;2011年
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
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978